351 20 16340 https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21018/Ingenierias_2020_Ano_23_No_87_Abril-Junio.pdf 72127864bba3956e358eae7aee814d66 PDF Text Text ��87 Contenido Abril-Junio de 2020, Año XXIII, No. 87 3 Editorial: La coherencia: Rasgo esencial del proceso investigativo y de los documentos científicos Nivia Tomasa Álvarez Aguilar 8 Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial para los problemas de oído en el horizonte Rebecca M. Lewis, Edwin W Rubel, Jennifer S. Stone 25 Análisis estrés-resistencia Weibull con parámetro de forma ß diferente mediante el uso de Weibull++ y la relación cerrada Weibull-Gumbel Manuel Baro Tijerina 35 Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden José Luis Cantú Mata 42 Colaboradores 44 Información para colaboradores 45 Código de ética Ingenierías, Abril-Junio 2020, Año XXIII, No. 87 1 �Ingenierías, Año XXIII N° 87, abril-junio 2020. Es una publicación trimestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Teléfono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Impresa por: Desarrollo Litográfico S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, Nuevo León, México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de abril de 2020. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66455. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2020 revistaingenierias@uanl.mx DIRECTORIO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Mtro. Rogelio G. Garza Rivera Rector Dr. Santos Guzmán López Secretario General Mtra. Emilia Edith Vásquez Farías Secretario Académico Dr. Celso José Garza Acuña Secretario de Extensión y Cultura Lic. Antonio Ramos Revillas Director de Editorial Universitaria FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Dr. Jaime A. Castillo Elizondo Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable M.C. 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Pero a su vez, comprendemos que la actividad científica demanda de un constante aprendizaje y el propio accionar práctico nos enseña que siempre es posible aprender algo, aun cuando pensamos que poseamos un buen dominio del quehacer investigativo. El objetivo para expresar las siguientes reflexiones, surgidas a partir de la experiencia de la autora, está orientado a favorecer la comprensión de la esencia del proceso investigativo, de su organización epistemológica interna, sobre todo de aquellos investigadores que apenas han empezado a recorrer este camino, complejo, contradictorio, pero necesario socialmente y enriquecedor en todos los aspectos personales. La propia labor del investigador, aun cuando posea muchos años de experiencia, conlleva a un constante cuestionamiento de su actuación ya sea como sujetos de la investigación o como formadores de otros investigadores. Esto ocurre entre otras cosas, a través de una relación que es inevitable: la relación sujeto – objeto. Cuando el investigador pretende transformar un proceso o entender un fenómeno, pero que producto de una relación dialéctica y dada la necesidad de búsqueda y aprehensión de nuevos conocimientos, el propio investigador se va transformando, ya que además de sujeto, también se convierte en objeto que ha de ser trasformado. En la actividad de dirección de investigaciones, como ejemplo; las tesis, el director es sujeto porque orienta al asesorado en cuanto a la novedad, pertinencia, factibilidad de aplicación y generalización de sus resultados, acerca de la metodología a seguir, la manera en que se pueden introducir los resultados, etc. Pero también se convierte en objeto de estudio porque necesariamente ha de prepararse y profundizar en el problema de la tesis y su solución, por lo que la autopreparación, la comunicación con otros investigadores y el autodidactismo, contribuyen a una formación - transformación permanente que en muchas ocasiones puede incluso pasar inadvertida hasta para el propio investigador. Es obvio que la actividad científica posee una serie de rasgos que la diferencian de otros tipos de actividad, uno de ellos es su conexión interna lógica, o lo que es lo mismo, su coherencia. En el caso que nos ocupa, este concepto se aplica a las diferentes formas y tipos de documentos científicos que pueden aparecer como: tesis, artículos científicos, informes, proyectos de investigación, e Ingenierías, Abril-Junio 2020, Año XXIII, No. 87 3 �Editorial: La coherencia: Rasgo esencial del proceso investigativo ... / Nivia Álvarez Aguilar incluso de manera especial, en los protocolos de una investigación. Todos ellos en cierta medida explicitan la calidad del proceso de investigación o actividad científica que se ha concluido o que se pretende desarrollar, básicamente mediante documentos escritos, y más recientemente en conjunto con medios audiovisuales. La coherencia se manifiesta con la concurrencia de una relación lógica y apropiada entre las diferentes partes que conforman un todo. Es aplicable incluso a la manera de comportarse del individuo, una institución o un gobierno, quienes son coherentes cuando observan una correspondencia adecuada entre su forma de expresarse y su forma de actuar. En cuanto a los textos científicos la coherencia se da con la relación entre la definición del problema, las hipótesis, el diseño del experimento o la forma en que se extrae la información que se discute y la conclusión. Rasgos del proceso investigativo tales como la sistematicidad, concisión, claridad, y la coherencia misma que es esencial, no provienen de un requisito formal - estructural, sino de la característica fundamental de la ciencia que exige un tipo de organización de pensamiento en el que han de ser considerados para elaborar cualquier documento científico que se relacione o pretenda documentar algún proceso investigativo. La investigación científica, cualquiera que sea su naturaleza, responde a leyes y principios que, en su esencia, son comunes a todas las esferas del conocimiento humano. El investigador es quien concibe, desarrolla y comprueba el trabajo científico, y ha de evitar el conflicto que pudiera resultar de su posible subjetividad con la objetividad que la ciencia requiere. Una manera para acercarse más a esa característica objetiva demandada por la ciencia es el hacernos conscientes de que todas las partes del proceso de investigación han de ser claras, precisas y coherentes entre sí. Lo anterior significa que una forma de atenuar o evitar la subjetividad en la actividad científica es profundizando en una serie de relaciones que ocurren en el proceso investigativo y que actúan con carácter de ley o regularidades. Por ejemplo: la relación problema, objetivo, método. Es obvio que toda investigación en cualquier área de conocimiento tiene que ser expresión de una coherencia entre los diferentes componentes que integran todas las etapas de su realización. En la primera etapa y sobre la base de un conocimiento previo sobre el tema a investigar se requiere definir con la mayor claridad posible la concepción del estudio a realizar. En esta etapa se elabora el protocolo también conocido como diseño o anteproyecto. Esta actividad se asemeja al plano que realiza un arquitecto, el cual constituye una guía para la realización de la obra. Esta proyección ocurre en el plano subjetivo, en correspondencia con los antecedentes y evidencias que poseen los investigadores que les posibilitan tomar decisiones para la planeación de todo el proceso de investigación. Eso no significa que el diseño inicial ha de ser rígido y sin posibilidades de ser modificado. Habitualmente, en la medida en que se va profundizando en el fenómeno u objeto de estudio, vamos encontrando nuevas relaciones que nos hacen modificar aquello que inicialmente concebimos, aquí aparece la llamada sinergia dentro de un determinado sistema. 4 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Año XXIII, No. 87 �Editorial: La coherencia: Rasgo esencial del proceso investigativo ... / Nivia Álvarez Aguilar El hecho de que el diseño inicial se pueda ir modificando no justifica el hecho de que éste se vaya construyendo juntamente con el desarrollo de la investigación como ocurre con frecuencia. El inconveniente para hacerlo de esta manera se puede apreciar con el argumento de que tener una concepción inicial lo más aproximada al “deber ser”, nos ahorra tiempo e inconvenientes, además si no contamos con ello, este proceso que ha de ser ordenado y sistemático se vuelve caótico. Sería algo similar a lo que ocurriría si no existieran faros que orientaran a las embarcaciones. Cuidar aquellas relaciones que denotan la coherencia en el proceso investigativo y que se reflejan en el protocolo de investigación es de una importancia capital, pero este hecho también aplica cuando se elabora un artículo, un proyecto de investigación, u otras formas de documentar o proyectar un proceso de investigación. A continuación, destacan algunas de dichas relaciones: Las relaciones entre: * Tema y el problema de investigación * Problema, objetivos, hipótesis * Problema, objetivo, metodología. Que a su vez integra las relaciones anteriores. Nos enfocaremos en develar solamente a modo de ejemplo algunas de las relaciones que han de ocurrir entre el tema, el problema, el objetivo y la metodología. Está convenido entre los investigadores que el tema se relaciona con el objeto de estudio (procesos, fenómenos, a estudiar) donde pueden existir infinidad de temas. Es de particular importancia definir en qué parte de ese objeto se encuentra el problema a investigar lo que permitiría la delimitación adecuada evitando la sobre simplificación que no proporcionaría material para concluir, o por el contrario, una parte muy extensa que impediría la solución del problema seleccionado con los recursos disponibles. Los aspectos teóricos y prácticos acerca del problema de investigación han sido ampliamente estudiados. Sin embargo, en la práctica, es común que cometamos errores al determinarlo, entre otros: * Definición de un problema sin el conocimiento necesario acerca de los antecedentes. * Problemas muy amplios que no pueden ser resueltos de acuerdo con el tiempo y la metodología propuesta. * Demasiado constreñidos, lo que provoca que los resultados obtenidos lo rebasen. * Imprecisiones en su definición, por ejemplo, se escriben como hipótesis. Los problemas se enuncian generalmente en forma de preguntas, pero se pueden formular de dos maneras. Por ejemplo: “Se requiere un sistema de ventilación que mantenga el aire fresco y ahorre energía para un conjunto habitacional”. La segunda manera podría ser: ¿Qué características debe tener Ingenierías, Abril-Junio 2020, Año XXIII, No. 87 5 �Editorial: La coherencia: Rasgo esencial del proceso investigativo ... / Nivia Álvarez Aguilar un diseño de ventilación que mantenga el aire fresco y ahorre energía para un conjunto habitacional? Es bien conocido que los objetivos responden a la pregunta: ¿para qué se realiza el estudio? Y también comprendemos sus importantes funciones, pero a pesar de nuestra experiencia podemos cometer algunos errores entre los que se encuentran: * Se formulan en términos ambiguos y generales tales como: estudiar, comprender, experimentar, conocer, saber, etc.; lo que interfiere en su estricto cumplimiento. * Sobrepasan los límites de la investigación, por tanto, no se cumplen. * Definición muy restringida por lo que la investigación los rebasa. * Aparecen objetivos que no encuentran un tratamiento en la investigación. También es común encontrar incoherencias entre el objetivo general y los objetivos específicos. Un ejemplo sencillo, pero aplicable, en cualquier caso. Tema: “La contaminación del aire en……”. Problema: ¿Cuáles son los principales factores que contribuyen a la contaminación del aire en…? Objetivo general: Concientizar a los diferentes factores en cuanto las consecuencias nocivas para los organismos vivos la contaminación del aire. Objetivos específicos: -Identificar cuáles son los factores que más afectan la calidad del aire en… -Diseñar una estrategia que posibilite atenuar la contaminación del aire que involucre aquellos factores quede mayor incidencia en este problema. En el ejemplo anterior se observa una incoherencia entre el problema y el objetivo general pues éste sobrepasa los límites del problema, además, ¿será posible concientizar con una investigación a los diferentes factores que influyen en la contaminación del aire? Este objetivo es muy difícil de ser medido pues posee un alto grado de subjetividad. De igual forma, la coherencia entre el problema, los objetivos y los métodos es definitoria en la calidad de las investigaciones. Cada problema, según su naturaleza demanda determinados objetivos que reflejan las acciones para su cumplimiento. A su vez, cada objetivo requiere de la utilización de uno o varios métodos. Abundan investigaciones donde los objetivos no se correspondan con los métodos y viceversa. A veces aparecen como atributos formales. Si el objetivo responde al ¿para qué se realiza el estudio? Se debe tener claridad con qué método, procedimiento o técnica se pueden cumplir cada uno de ellos. Es por lo que las incoherencias en una investigación conllevan a que trabajos que pudieran realizar aportes valiosos pierden su validez puesto que al divulgarlos en ocasiones nos cuesta trabajo entender dónde está la lógica entre la justificación, los antecedentes, el problema, los objetivos, la hipótesis, los métodos, el análisis de los resultados y las conclusiones. 6 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Año XXIII, No. 87 �Editorial: La coherencia: Rasgo esencial del proceso investigativo ... / Nivia Álvarez Aguilar Las ideas expresadas ponen en evidencia la importancia de prestar atención a la coherencia entre todos los componentes y etapas del proceso de investigación en cualquier área de conocimiento puesto que es una manifestación de su clara concepción, dominio y objetividad. Y habrá quien afirme que aún las investigaciones que no muestren esa coherencia aportaron algo y que incluso llegan a ser idóneas y pertinentes. Esa afirmación pudiera compararse con el funcionamiento de un motor de un coche. ¿Qué sucede cuando uno o más de los sistemas que lo componen está fallando?, ¿el coche no anda? Puede que sí, pero nadie duda que sería mayor su eficiencia en todos los sentidos, si todos los sistemas funcionaran bien. La coherencia actúa como un principio fundamental del proceso de investigación y por supuesto de la elaboración de los documentos científicos. Las consecuencias de no tomar en cuenta dicho principio, derivan en trabajos incompletos, incomprensibles para ser introducidos en la práctica y también para ser evaluados. Esta es una de las razones principales por las que se requiere un continuo aprendizaje aun cuando se trate de investigadores experimentados. De modo tal que evitemos; la escritura del protocolo a la par del desarrollo del proyecto, la falta de claridad en la estrategia a seguir, la no coincidencia entre los objetivos propuestos y los resultados expuestos, cuestiones que impiden la eficiencia del trabajo. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Año XXIII, No. 87 7 �Departamento de Otorrinolaringología / Cirugía de cabeza y cuello Virginia Merrill Bloedel, Hearing Research Center, Universidad de Washington, Seattle, Washington, Estados Unidos de América becky103@uw.edu, rubel@uw.edu, stoner@uw.edu ABSTRACT Hearing requires good health of the hair cells to ensure that the sound is detected and processed correctly. They degenerate and die due to age or exposition to high intensity sound, among other causes, and usually they do not regenerate. Some research results about possible regeneration of cochlear hair cells that suggest the possibility of treatment for hearing impairment due to this disease are presented in this paper.. KEYWORDS Cochlea, Organ of Corti, regeneration, hair cells. RESUMEN La audición requiere de la buena salud de las células ciliadas (vello) para garantizar que el sonido se detecte y procese correctamente. Éstas se degeneran y mueren con la edad o por la exposición a sonido intenso, entre otras causas, y normalmente no se regeneran. Se presentan algunos resultados de la investigación sobre la posible regeneración de las células ciliadas cocleares que sugieren que existe la posibilidad de un tratamiento para la discapacidad auditiva debida a esta enfermedad. PALABRAS CLAVE Cóclea, órgano de Corti, regeneración, células ciliadas. INTRODUCCIÓN El proceso de oír implica una compleja cadena de eventos, y cada uno de ellos es importante para garantizar la detección y procesamiento adecuado de los sonidos. En el primer paso, las ondas sonoras que viajan a través del ambiente entran en el canal auditivo y hacen vibrar el tímpano. Esta energía se transmite a través de los tres huesos del oído medio al oído interno. Dentro del oído interno, la energía derivada de las ondas sonoras se transmite a la membrana basilar de la cóclea (caracol), en la que se encuentra el órgano sensorial para la audición, el órgano de Corti (figuras 1 y 2a). 8 Traducción al español con la colaboración de Leonardo Treviño Arrambide y Daniela Alejandra Gutiérrez Dimas. Rebecca M. Lewis, Edwin W Rubel, Jennifer S. Stone “Regeneration of auditory hair cells: A potential treatment for hearing loss on the horizon-rebeca-m-lewis/ Vol. 12, Summer 2016, pp. 40-47”. https://acousticstoday.org/regeneration-of-auditory-hair-cells-a-potential-treatment-for-hearing-loss-on-the-horizon-rebeca-m-lewis/ Reproduced with permission from Acoustics Today (www.acousticstoday.org). Copyright 2016, Acoustical Society of America. Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial para los problemas de oído en el horizonte Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. Fig. 1. Esquemas de las principales estructuras de los tejidos del oído interno a), un corte a través de una vuelta de la cóclea b) y el órgano de Corti c). Tenga en cuenta que en el órgano de Corti una sola célula ciliar interna y tres células ciliadas exteriores se muestran junto con las células de soporte. Este patrón se repite unas 3,000 veces a lo largo de la cóclea espiral en humanos. El órgano de Corti se compone de células ciliadas sensoriales (vello sensoriales), así como un grupo de células especializadas, llamadas colectivamente células de apoyo, y los procesos periféricos de las neuronas auditivas. Las células ciliadas son receptores sensoriales. En respuesta a las señales mecánicas derivadas de las ondas sonoras, las células ciliadas convierten esa energía a señales eléctricas que se transmiten al cerebro a través del nervio auditivo. En el oído humano normal, hay alrededor de 3,000 células ciliadas internas y 12,000 células ciliadas externas.1 Las células ciliadas internas (figura 2b) son los verdaderos receptores sensoriales. En la estimulación, las células ciliadas internas activan las fibras nerviosas auditivas que a su vez activan los núcleos cerebrales auditivos. La función principal de las células ciliadas exteriores (figura 2c) es modular la función del órgano de Corti mejorando el procesamiento de señales auditivas de baja intensidad. Estos dos tipos de células ciliadas trabajan juntas de tal manera que el nervio auditivo transmite al cerebro información altamente selectiva sobre Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 9 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. Fig. 2. a) Cóclea de mamífero con células ciliadas (verde), nervios (rojo) y neuronas ganglionares espirales (amarillo/naranja). b) Células ciliadas internas y estereocilios (verdes), con núcleos (azules) y fibras nerviosas de neuronas que transmiten información al cerebro (rojo);2. c) Parte superior de las tres filas de células ciliadas exteriores (puntos verdes en la parte superior) y la fila tubular única de células ciliadas internas inervadas por el proceso neural (rojo/ naranja. 10 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. la frecuencia, el momento y la intensidad de los sonidos. Las células de soporte son células no sensoriales vecinas que aislan a las células ciliadas entre sí. Estas células no sensoriales trabajan con las estructuras circundantes para proporcionar apoyo físico y molecular a este elaborado epitelio sensorial. La pérdida del oído puede ser el resultado de una falla de las señales acústicas para llegar al oído interno (pérdida auditiva conductiva) o del daño a cualquier parte del oído interno o las vías auditivas centrales en el cerebro (pérdida auditiva sensorineural (SNHL, SensorNeural Hearing Loss por sus siglas en inglés). La pérdida auditiva conductiva generalmente se trata por medios médicos o quirúrgicos. La forma más común de SNHL resulta de daño o disfunción de las células ciliadas en el órgano de Corti. Cuando las células ciliadas de la cóclea de los mamíferos mueren, no se regeneran; esta forma de SNHL es permanente (figura 3). Si la pérdida auditiva es moderada, los pacientes pueden estar sin auxiliares auditivos que amplifican los sonidos para mejorar la audición. Si es grave, los pacientes pueden recibir implantes cocleares para evitar las células ciliadas lesionadas y estimular directamente el nervio auditivo. Ninguna forma de tratamiento restaura la audición normal o aborda la causa de la pérdida auditiva por pérdida de células ciliadas. Hace unos 30 años, el descubrimiento de que las células ciliadas se regeneran en las aves planteó la posibilidad de que algún día pudiéramos encontrar la manera Fig. 3. Izquierda: Vista superficial de una cóclea sana con células pilosas (verde), procesos neurales (rojo) y núcleos (azul). Derecha: Una cóclea dañada que ya no contiene células ciliadas pero ha preservado los procesos neuronales y los núcleos. Flechas blancas: Límite del órgano de Corti. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 11 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. de reemplazar las células ciliadas en los mamíferos, incluidos los humanos. Desde entonces, se han logrado muchos avances en nuestra comprensión de la regeneración de células ciliadas en aves, peces y mamíferos. Este artículo revisa el estado actual de la investigación en el campo de la regeneración de células ciliadas. Debido a las limitaciones de espacio, hemos eliminado todas las citas a excepción de las más esenciales. Para más detalles y citas relevantes, animamos a los lectores a examinar los muchos documentos de revisión relacionados con este campo.3-5 PROCESOS CELULARES DE DAÑO CELULAR Y REGENERACIÓN El epitelio sensorial de la cóclea es una estructura citoarquitectónicamente elegante y delicada (figura 1). Las células ciliadas son dañadas comúnmente por una variedad de eventos ambientales, algunos de los cuales son conocidos, incluyendo la sobreestimulación acústica de ruido fuerte o prolongado o estímulos de conmoción cerebral. Varios tipos de medicamentos matan las células ciliadas cuando se administran en dosis altas o por períodos prolongados. Estos incluyen, pero no se limitan a, antibióticos aminoglicósidos como gentamicina y medicamentos anticancerosos de metales pesados como cisplatino. Las células ciliadas también mueren a medida que envejecemos; en la mayoría de los casos, esto se debe a causas desconocidas. Finalmente, existen mutaciones genéticas que hacen que las células ciliadas mueran durante el desarrollo embrionario o en etapas posteriores de la vida. Hasta 1985, se creía que la regeneración de las células ciliadas del oído interno no era posible en los vertebrados. Sin embargo, al estudiar los procesos de daño de las células ciliadas en el epitelio auditivo de los pollos, los investigadores observaron una reaparición de células ciliadas en el área de daño. La morfología inmadura de estas células pareció similar a la de las células ciliadas embrionarias en la cóclea de los pollos.6-7 Durante este mismo período, también se descubrió que la regeneración de las células ciliadas se produce fácilmente en las porciones vestibulares del oído interno aviar. 8 Pronto, los investigadores aprendieron que las células ciliadas del oído interno y el sistema de línea lateral de peces, ranas y salamandras también se regeneran fácilmente después de daño, lo que llevó a la conclusión de que la regeneración se produce en epitelias de células ciliadas de todos los vertebrados excepto mamíferos. Un análisis posterior reveló que las células de soporte que normalmente rodean a las células ciliadas son la fuente de estas células ciliadas de nueva diferenciación. Las células de soporte pueden dividirse mitóticamente para lograr la diferenciación de las células ciliadas o fenotípicamente convertirse a una célula pilosa en un proceso llamado transdiferenciación directa (figura 4). 9-11 Con estos dos métodos de sustitución de células ciliadas, los vertebrados que no son mamíferos proporcionan modelos valiosos para estudiar estos procesos y su capacidad para restaurar la audición después de SNHL sostenido. En los mamíferos, la situación es bastante diferente. Cuando las células ciliadas mueren en el órgano de Corti de los mamíferos maduros, las células de soporte llenan los huecos donde se localizaban las células ciliadas para formar cicatrices permanentes, y no se forman nuevas células ciliadas. Además, las células de soporte no se dividen ni se convierten en células ciliadas después del daño.12-13 12 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. Fig. 4. El epitelio auditivo intacto del ave contiene células ciliadas (CC; rojo) interdigitadas con células de soporte (CS; blanco). En caso de daño, las células ciliadas se eliminan del epitelio y las células de apoyo se activan para regenerar las células ciliadas. La regeneración no mitótica permite a una célula de soporte cambiar su forma y perfil genético a la de una célula pilosa. La regeneración mitótica requiere una célula de soporte para dividir y diferenciar en dos células hijas, una célula pilosa y una célula de soporte. A diferencia del órgano de Corti, los mamíferos adultos pueden reemplazar espontáneamente un pequeño número de células ciliadas en los órganos vestibulares del oído interno. Las nuevas células ciliadas están formadas en gran medida por la regeneración no mitótica.14-16 Parece haber un pequeño grado de división celular de apoyo desencadenado en respuesta a la pérdida de células ciliadas, 17-18 pero ninguna célula recién formada se convierte en células ciliadas de reemplazo. 19 El gran desafío que enfrentan los investigadores hoy en día es determinar por qué las células ciliadas no se regeneran fácilmente en los mamíferos. La regeneración podría fallar en la cóclea adulta porque el órgano auditivo pierde la población de células progenitoras capaces de formar nuevas células ciliadas durante el desarrollo. Alternativamente, las células con potencial para reemplazar las células ciliadas pueden existir en la cóclea, pero son incapaces de responder al daño debido a la inhibición activa o la falta de señales estimulantes. ESTIMULANDO A LOS PROGENITORES NATIVOS A FORMAR NUEVAS CÉLULAS CILIADAS EN LA CÓCLEA ADULTA Los investigadores han examinado si las células capaces de formar nuevas células ciliadas todavía existen en la cóclea de mamíferos maduros. Muchos tejidos de nuestro cuerpo experimentan una renovación continua. Una característica común de estos tejidos es que contienen células madre que se dividen y forman nuevas células especializadas a lo largo de la vida. Varias líneas de evidencia muestran que la cóclea y los órganos vestibulares poseen progenitores a las células ciliadas durante el desarrollo temprano, pero las pierden a medida que los órganos maduran. 20 Consecuentemente con esto, se pueden formar nuevas células ciliadas apoyando células del órgano de Corti de mamíferos neonatales, 21. 22 pero no en mamíferos adultos, por ejemplo, 12, 14 Los investigadores están utilizando tres estrategias generales para identificar maneras de engañar a las células de apoyo en el oído interno mamífero maduro para regenerar las células ciliadas. Primero, estamos encontrando pistas en el desarrollo coclear. Las células ciliadas del órgano de Corti se forman durante el período embrionario a través de una serie compleja de pasos celulares controlados Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 13 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. por una cascada de interacciones moleculares. Algunos investigadores han postulado que, antes de que cualquier célula en la cóclea madura pueda formar una nueva célula capilar, tendrá que revivir estas mismas etapas de desarrollo. Segundo, buscamos otros tejidos regenerativos. Muchos tejidos en el cuerpo son reemplazados continuamente bajo condiciones normales y/o después de daño, incluyendo células en la piel, intestino, y algunas regiones del cerebro. Creemos que muchas de las cascadas moleculares que conducen a la regeneración en estos otros tejidos podrían ser cooptadas para desencadenar la regeneración en la cóclea. En tercer lugar, utilizando las nuevas herramientas de la genética molecular, podemos consultar directamente las cascadas moleculares que se activan en el epitelio sensorial de vertebrados no mamíferos que regeneran células ciliadas, como aves y peces. En la sección siguiente, describimos varios genes y vías de señalización que cumplieron uno o más de estos criterios y fueron evaluados por su capacidad para estimular la regeneración de células ciliadas en mamíferos. Estos análisis revelaron moléculas de señalización que son importantes para facilitar la regeneración. Expresión forzada de Atoh1: Provocando que las células maduras de soporte se transdiferencien a células ciliadas Un factor de transcripción proneural llamado atonal homolog 1 (Atoh1) es un agente terapéutico potencial para promover la regeneración de células ciliadas. Atoh1 ayuda a dirigir la generación de proteínas específicas de las células ciliadas que les dan su identidad morfológica y fisiológica.23 Cuando se elimina el gen que codifica Atoh1, no se forman células ciliadas en el órgano de Corti.24 Por lo tanto, Atoh1 es un activador muy potente de las características de las células ciliadas y podría desencadenar células para transdifereciarse en células ciliadas. En los tejidos que regeneran las células ciliadas, la expresión de Atoh1 se activa en las células de soporte poco después del daño de las células ciliadas. 25-27 En los órganos auditivos cultivados de pollos, la expresión forzada de Atoh1 influye en las células de apoyo para formar nuevas células ciliadas al promover la división y la transdiferenciación directa.28 En roedores, la expresión forzada de Atoh1 por inyección viral en el órgano de Corti o regiones cercanas de ratones en desarrollo obliga a más células a diferenciarse como células ciliadas. 29, 30 Estos hallazgos sugieren que la expresión anómala de Atoh1 podría ser suficiente para desencadenar células de soporte para transdiferenciarse en células ciliadas después de daño en la cóclea de mamíferos adultos. De hecho, algunos estudios sugieren que Atoh1 puede impulsar la producción de nuevas células ciliadas en los órganos auditivos 31 y vestibulares,32 lo que podría resultar en pequeñas mejoras en la función auditiva y de equilibrio. Sin embargo, los estudios recientes son menos alentadores. La expresión errónea de Atoh1 en células pilar y de Deiters , dos subtipos de células de soporte (figura 1), en la cóclea madura del ratón estimula las etapas tempranas de la transdiferenciación en células ciliadas, pero este proceso no se ha completado y muchas células “forzadas” mueren. 33 De hecho, 34 no observaron ninguna mejora significativa en la audición después de la expresión errónea de Atoh1 inducida viralmente en los órganos de Corti de los cobayas. Por lo tanto, un desafío actual 14 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. importante es determinar qué factores limitan la capacidad de Atoh para impulsar la regeneración de células ciliadas en la cóclea madura. Actualmente está en marcha un ensayo clínico en humanos que evalúa la capacidad de la infección viral de Atoh1 para mejorar la audición. Los resultados no están disponibles en este momento (año 2016). Supresión de la señalización de Notch: ¿Puede mejorar los efectos proregenerativos de Atoh1? Como se mencionó anteriormente, es evidente que, aunque Atoh1 en expresión anómala promueve de manera fiable células de apoyo y otras células alrededor del órgano de Corti para convertirse en células ciliadas en mamíferos neonatales, factores no identificados parecen obstaculizar los efectos de Atoh1 en el órgano maduro de Corti. Un sospechoso probable es que el factor señalando a través del receptor Notch. 35 Notch es un receptor en la superficie de las células que es activado por moléculas en las células adyacentes (figura 5). Notch tiene muchas funciones en una variedad de células, pero su papel más pertinente con respecto a la regeneración de células ciliadas es la inhibición de la formación de células ciliadas. Durante el desarrollo, los ligandos Notch se manifiestan en células ciliadas Fig. 5. Patrones de expresión del receptor Notch y el factor de transcripción de Atoh1 en células de soporte (amarillas) y células ciliadas (azules) bajo condiciones normales, dañadas y regeneradoras. En las células de apoyo en epitelias no dañadas, hay alta actividad del receptor de Notch y el dominio intracelular de Notch (ICD Notch) viaja al núcleo, inhibiendo la expresión de Atoh1. En las células de apoyo después de daño de células ciliales, la actividad del receptor Notch se reduce, Notch ICD permanece en la membrana, y los niveles de Atoh1 aumentan, haciendo que la célula de soporte se transdiferencie en una célulacilial. Una vez que la nueva célula cilial madura, la actividad de Notch se incrementa de nuevo y la transcripción de Atoh1 se reduce a niveles normales. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 15 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. jóvenes e influyen en las células de soporte para mantener su identidad en lugar de diferenciarse en células ciliadas (revisado por Kelley 36) La señalización de Notch ejecuta esta función, al menos en parte, bloqueando la síntesis de Atoh1. 37 En la cóclea en desarrollo, la inhibición de la señalización Notch resulta en un aumento significativo del número de células ciliadas. 38, 39 Se han documentado efectos similares de la inhibición de Notch durante la regeneración de células ciliadas en peces, 40 aves, 41 y órganos vestibulares de ratón.27 Un estudio sugiere que la infusión de inhibidores de Notch en ratones vivos puede promover que las células de soporte se conviertan en células ciliadas en el órgano de Corti de ratones adultos después de daño de células ciliadas. 42 Sin embargo, otro estudio describe claramente una pérdida precipitada de la eficacia de los inhibidores de Notch para estimular la regeneración de células ciliadas.43 Es de esperar que estas interpretaciones aparentemente contradictorias de la inhibición de Notch se resuelvan en estudios futuros. Levantamiento del bloqueo en la división de células de apoyo en progenitores nativos Como se ha comentado anteriormente, las células de soporte en el órgano maduro de Corti se inhiben fuertemente de la división incluso después de que las células ciliadas han sido matadas. Aunque la expresión anómala de Atoh1 y/o la inhibición de Notch parecen alentar a las células de soporte a formar células ciliadas en animales maduros, ninguno de los tratamientos tiene un efecto significativo en la división celular de apoyo. Por lo tanto, como terapia sola, cualquier manipulación probablemente agotaría las células de apoyo, lo que casi con seguridad reduciría la función del órgano de Corti. Los investigadores están tratando de determinar cómo promover las células de apoyo para dividir mitóticamente y reemplazarse o formar nuevas células ciliadas. En este punto, no hay manipulaciones conocidas que tengan estos efectos en el órgano maduro de Corti. Sin embargo, sabemos algunas maneras en que la división celular de apoyo puede ser promovida en la cóclea joven. Para que las células de soporte cocleares se dividan, deben salir de su estado normal de inactividad mitótica y entrar en el ciclo celular. La p27Kip1 es una molécula que bloquea las células progenitoras (o células de soporte) en el órgano de Corti de ratones de dividirse durante el desarrollo embrionario y postnatal. La deleción embrionaria del gen que codifica la p27Kip1 provoca la formación de un exceso de células en el órgano de Corti, incluidas las células ciliadas. 44, 45 En ratones maduros, el bloqueo de la síntesis de la p27Kip1 provoca un aumento pequeño pero significativo de la división celular en algunos tipos de células de apoyo en el órgano de Corti.46 La inhibición de la p27Kip1 y moléculas similares está bajo investigación como una manera de promover la regeneración de células ciliadas de mamíferos. Es particularmente importante en esta etapa que los investigadores determinen si la eliminación de la p27Kip1 en roedores adultos conduce a la producción de células ciliadas funcionales y estables. La actividad de la p27Kip1 y otros reguladores de la división celular es controlada por moléculas de señalización extracelular. Un conjunto de moléculas que impulsa la división celular en muchos tejidos es Wnts, que se une a los receptores en la superficie de las células y activa un coactivador transcripcional 16 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. llamado ß-catenina, (revisado por Jansson et al. 47) La señalización Wnt/ßcatenina es necesaria para la división de células progenitoras durante el desarrollo coclear; cuando se inhibe, se forman significativamente menos células ciliadas. 48 La sobreexpresión forzada de Wnt promueve que las células de soporte en el órgano de Corti se dividan en ratones muy jóvenes pero no en ratones maduros. 49, 50 Por lo tanto, la activación de Wnt por sí sola no puede superar otras señales inhibitorias presentes en el órgano de mamíferos maduros de Corti. En contraste, la activación farmacológica de Wnt promueve la regeneración de células ciliadas en los neuromastos funcionales de línea lateral de las larvas del pez cebra. 51,52 El factor de crecimiento epidérmico (FEAG) es otra molécula que impulsa la división celular de apoyo en las células de soporte en el órgano de Corti de ratones neonatales, así como en células de apoyo en el epitelio auditivo regenerador de pollos maduros. 53 El tratamiento de los órganos cultivados de Corti con FEAG en ratas recién nacidas aumenta la formación de células ciliadas supernumerarias.54 Una vez más, este efecto disminuye rápidamente con la edad.55 ¿Podrían tratamientos transitorios o combinatorios mejorar la regeneración de células ciliadas? Como se mencionó anteriormente, ahora conocemos varios genes poderosos o vías de señalización que, cuando se manipulan en roedores muy jóvenes, hacen que las células de apoyo se dividan y formen nuevas células ciliadas. Pero estas mismas manipulaciones tienen muy poco efecto o incluso efectos perjudiciales en roedores maduros. Estos hallazgos nos dicen que la promoción de la regeneración de células ciliadas en humanos maduros será más difícil de lo que se pensaba originalmente. Una estrategia que los científicos están probando es si la activación transitoria o la supresión de la actividad génica tiene un mejor resultado que las alteraciones sostenidas. Durante el desarrollo, las señales se encienden y apagan en las células, mientras que muchas de las manipulaciones mencionadas anteriormente son permanentes y por lo tanto no naturales. Las técnicas modernas para silenciar genes transitorios, como el Arnm siRA, podrían mejorar los efectos del tratamiento al recapitular mejor la naturaleza. Otra hipótesis que se está probando es si las manipulaciones combinatorias de genes y vías pueden promover más eficazmente la regeneración que las manipulaciones individuales. Esto ha demostrado ser fructífero en la cóclea de roedores neonatales en experimentos que activan Atoh1 e inhiben Notch simultáneamente 56 o activan Atoh1 y Wnt simultáneamente. 57 Estos enfoques duales reconocen la complejidad de la regulación del crecimiento en los tejidos maduros, así como las interacciones críticas que ocurren entre las vías. TRASPLANTE PARA REEMPLAZAR LAS CÉLULAS CILIADAS En la sección anterior, discutimos estrategias para promover las células nativas en el órgano dañado de Corti para dividir o transdiferenciarse directamente para reemplazar las células ciliadas perdidas. Sin embargo, es posible que una población sensible para responder no persista en la cóclea adulta. Por otra parte, es posible que no podamos encontrar tratamientos adecuados para estimular las células residentes para regenerar las células ciliadas. En cualquier caso, será necesario adoptar un enfoque alternativo y trasplantar células al oído interno Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 17 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. que puedan sustituir a las células ciliadas. La opción obvia es trasplantar células madre, que tienen el potencial de dividirse y diferenciarse en una gama de tipos de células maduras. Las células madre pueden ser cultivadas en un recipiente y guiadas hacia un destino celular deseado (en este caso, células ciliadas) por ciertos agentes químicos o condiciones de cultivo. Las células madre son muy prometedoras para tratar varios tipos de patología, incluyendo enfermedades cardíacas, ceguera y leucemia. Algunos de los primeros estudios para probar la utilidad de diferentes tipos de células madre para reemplazar las células ciliadas dañadas se realizaron con células madre pluripotentes o células madre neurales derivadas de embriones de ratón. Li et al. 58 acondicionaron células madre embrionarias de ratón con varios compuestos en cultivo para llevarlos a diferenciar las características de células ciliadas. En el trasplante en el oído de un embrión de pollo, las células acondicionadas incorporadas en epitelia de células ciliadas y adquirieron propiedades similares a células ciliadas. Fujino et al. 59 encontraron que las células madre neurales introducidas en los órganos del oído interno cultivados de ratas integradas en el epitelio sensorial de los órganos vestibulares, pero no la cóclea. Posteriormente, Oshima et al. 60 identificaron tratamientos que impulsan las células madre pluripotentes inducidas (derivadas de fibroblastos) para diferenciar las características avanzadas de las células ciliadas en cultivo, incluyendo los haces capilares y las corrientes de mecanotransducción. Más recientemente, se encontró que las células madre de embriones humanos eran capaces de formar células ciliadas en cultivo. 61 La verdadera prueba de la utilidad terapéutica de una célula madre es si puede integrarse en el órgano de Corti, volverse inervado por el nervio auditivo, diferenciar las características maduras, y sobrevivir. La introducción de células madre en el órgano de Corti es un desafío porque el órgano está rodeado por una cavidad llena de líquido que está incrustado dentro del hueso temporal y es fácil de romper en la intervención quirúrgica. Parecería muy difícil colocar células trasplantadas en el órgano de Corti dada la diminuta naturaleza y delicadeza del tejido y el hecho de que las barreras de fluidos tendrían que ser interrumpidas. No obstante, se están investigando varios enfoques para el suministro de células. Los científicos han introducido células madre embrionarias en los fluidos del órgano de Corti (rampa media) y en los espacios perilinfáticos que rodean la rampa media. 62; 63 Aunque algunas células madre parecen persistir en estos espacios e integrarse en algunos tejidos alrededor de ellos, hay poca evidencia de que las células madre se integran en el órgano de Corti. Sin embargo, Parker et al. 64 informaron de que las células madre neurales inyectadas en la cóclea dañada por el ruido se incorporaron al epitelio sensorial. Claramente, se necesitan más estudios para identificar formas de persuadir a las células madre para integrarse en epitelias dañadas de células ciliadas, adquirir características maduras, y restaurar la función. CONSIDERACIONES CLÍNICAS Aunque el progreso hacia la regeneración de las células ciliadas ha sido significativo dado el tiempo limitado transcurrido desde su descubrimiento, varios desafíos permanecen para determinar cómo el reemplazo de células ciliadas eficaz 18 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. podría ser para mejorar la audición en humanos. Por ejemplo, no sabemos cuántas células ciliadas de cada tipo deben regenerarse para restaurar adecuadamente la audición en las personas con discapacidad. Aunque sabemos que las células ciliadas internas son críticas, sólo podemos adivinar lo bien que van a restaurar la audición en la ausencia de células ciliadas externas. Muchas formas de pérdida auditiva son causadas por la destrucción selectiva de las células ciliadas externas; la regeneración de las células ciliadas externas por sí sola podría ser útil en estos pacientes. Además, carecemos de la capacidad de probar con precisión qué tipo de células necesitan reparación en los pacientes. Esta evaluación requiere el desarrollo de procedimientos de diagnóstico más específicos de las células y no invasivos. Además, las imágenes de alta resolución del oído interno, que permiten la evaluación cuantitativa de cada tipo de célula, serían muy útiles y actualmente se están investigando. Aunque hay desafíos para restaurar las células ciliadas después de los daños en los mamíferos, muchos obstáculos ya han sido conquistados, con prometedoras investigaciones en el horizonte para introducir un tratamiento potencial para la pérdida auditiva. AGRADECIMIENTOS Los autores expresan su gratitud a Glen MacDonald y Linda Howarth, quienes proporcionaron las imágenes para este artículo. REFERENCIAS 1. Bredberg, G. (1967). The human cochlea during development and ageing. Journal of Laryngology and Otology 81, 739–758. 2. McLean, W. J., Smith, K. A., Glowatzki, E., and Pyott, S. J. (2009). Distribution of the Na,K-ATPase a subunit in the rat spiral ganglion and organ of Corti. Journal of the Association for Research in Otolaryngology 10, 37–49. 3. Warchol, M.E. (2011) . Sensory Regeneration in the vertebrate inner ear: Differences at the levels of cells and species. Hearing Research 273, 72 – 79. 4. Groves A. K., Zhang, K. D., and Fekete, D. M. (2013). The genetics of hair cell development and regeneration. Annual Review of Neuroscience 36, 361-381. 5. Rubel, E. W, Furrer, S. A., and Stone, J. S. (2013). A brief history of hair cell regeneration research and speculations on the future. Hearing Research 297, 42–51. 6. Cotanche, D. A. (1987). Regeneration of hair cell stereociliary bundles in the chick cochlea following severe acoustic trauma. Hearing Research 30, 181–195. 7. Cruz, R. M., Lambert, P. R., and Rubel, E.W, (1987). Light microscopic evidence of hair cell regeneration after gentamicin toxicity in chick cochlea. Archives of Otolaryngology—Head & Neck Surgery 113, 1058–1062. 8. Jørgensen, J. M., and Mathiesen, C. (1988). The avian inner ear. Continuous production of hair cells in vestibular sensory organs, but not in the auditory papilla. Naturwissenscha_en 75, 319–320. 9. Corwin, J. T., and Cotanche, D. A. (1988). Regeneration of sensory hair cells after acoustic trauma. Science 240, 1772–1774. 10.Ryals, B. M., and Rubel, E. E. (1988). Hail cell regeneration after acustic Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 19 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. trauma in adult Coturnix quail. Science 240, 1774 – 1776. 11.Roberson, D. W., Kreig, S., and Rubel, E. W. (1996). Light microscopic evidence that direct transdi_erentation gives rise to new hair cells in regenerating avian auditory epithelium. Auditory Neuroscience 2, 195– 205. 12.Roberson, D. W., and Rubel, E. W. (1994). Cell division in the gerbil cochlea after acoustic trauma. American Journal of Otolaryngology 15, 28–34. 13.Chardin, S., and Romand, R. (1995). Regeneration and mammalian auditorym hair cells. Science 267, 707–711. 14.Forge, A., Li, L., and Nevill, G. (1998). Hair cell recovery in the vestibular sensory epithelia of mature guinea pigs. Journal of Comparative Neurology 397, 69–88. 15.Kawamoto, K., Izumikawa, M., Beyer, L. A., Atkin, G. M., and Raphael, Y. (2009). Spontaneous hair cell regeneration in the mouse utricle following gentamicin ototoxicity. Hearing Research 247, 17–26. 16.Golub, J. S., Tong, L., Ngyuen, T. B., Hume, C. R., Palmiter, R. D., Rubel, E. W, and Stone, J. S. (2012). Hair cell replacement in adult mouse utricles a_er targeted ablation of hair cells with diphtheria toxin. Journal of Neuroscience 32, 15093–15105. 17.Li, L., and Forge, A. (1997). Morphological evidence for supporting cell to hair cell conversion in the mammalian utricular macula. International Journal of Developmental Neuroscience 15, 433–446. 18.Kuntz, A. L., and Oesterle, E. C. (1998). Transforming growth factor a with insulin stimulates cell proliferation in vivo in adult rat vestibular sensory epithelium. Journal of Comparative Neurology 399, 413-423. 19.Oesterle, E. C., Cunningham, D. E., Westrum, L. E., and Rubel, E. W. (2003). Ultrastructural analysis of [3H]thymidine-labeled cells in the rat utricular macula. Journal of Comparative Neurology 463, 177–195. 20.Oshima, K., Grimm, C. M., Corrales, C. E., Senn, P., Martinez Monedero, R., Géléoc, G. S. G., Edge, A., Holt, J. R., and Heller, S. (2007). Differential distribution of stem cells in the auditory and vestibular organs of the innerear. Journal of the Association for Research in Otolaryngology 8, 18–31. 21.White, P. M., Doetzlhofer, A., Lee, Y. S., Groves, A. K., and Segil, N. (2006). Mammalian cochlear supporting cells can divide and transdifferentiate into hair cells. Nature 441, 984 – 987. 22.Cox, B. C., Chai R., Lenoir A., Liu Z., Zhang L., Nguyen D. H., Chalasani K., Steigelman K. A., Fang, J., Rubel, E.W, Cheng A. G., and Zuo, J. (2014). Spontaneous hair cell regeneration in the neonatal mouse cochlea in vivo. Development 141, 816-829. 23.Cai, T., Jen, H.-I., Kang, H., Klisch, T. J., Zoghbi, H. Y., and Groves, A. K. (2015). Characterization of the transcriptome of nascent hair cells and identification of direct targets of the Atoh1 transcription factor. Journal of Neuroscience 35, 5870–5883. 24. Bermingham, N. A., Hassan, B. A., Price, S. D., Vollrath, M. A., Ben-Arie, 20 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. N., Eatock, R. A., Bellen, H. J., Lysakowski, A., and Zoghbi, H. Y. (1999). Math1: An essential gene for the generation of inner ear hair cells. Science 284, 1837–1841. 25. Cafaro, J., Lee, G. S., and Stone, J. S. (2007). Atoh1 expression defines activated progenitors and differentiating hair cells during avian hair cell regeneration. Developmental Dynamics 236, 156–170. 26. Wang, G.-P., Chatterjee, I., Batts, S. A., Wong, H. T., Gong, T.-W., Gong, S.-S., and Raphael, Y. (2010). Notchsignaling and Atoh 1 expression during hair cell regeneration in the mouse utricle. Hearing Research 267, 61 – 70. 27. Lin, V., Golub, J. S., Nguyen, T. B., Hume, C. R., Oesterle, E. C., and Stone, J. S. (2011). Inhibition of Notch activity promotes nonmitotic regeneration of hair cells in the adult mouse utricles. Journal of Neuroscience 31, 15329–15339. 28. Lewis, R. M., Hume, C. R., and Stone, J. S. (2012). Atoh1 expression and function during auditory hair cell regeneration in post-hatch chickens. Hearing Research 289, 74-85. 29. Zheng, J. L., and Gao, W. Q. (2000). Overexpression of Math 1 induces robust production of extra hair cells in postnatal rat inner ears. Nature Neuroscience 3, 580 – 586. 30. Gubbels, S. P., Woessner, D. W., Mitchell, J. C., Ricci, A. J., and Brigande, J. V. (2008). Functional auditory hair cells produced in the mammalian cochlea by in utero gene transfer. Nature 455, 537–541. 31. Izumikawa, M., Minoda, R., Kawamoto, K., Abrashkin, K. A., Swiderski, D. L., Dolan, D. F., Brough, D. E., and Raphael, Y. (2005). Auditory hair cell replacement and hearing improvement by Atoh1 gene therapy in deaf mammals. Nature Medicine 11, 271–276. 32. Schlecker, C., Praetorius, M., Brough, D. E., Presler, R. G., Hsu, C., Plinkert, P. K., and Staecker, H. (2011). Selective atonal gene delivery improves balance function in a mouse model of vestibular disease. Gene Therapy 18, 884 – 890. 33. Liu, Z., Dearman, J. A., Cox, B. C., Walters, B. J., Zhang, L., Ayrault, O., Zindy, F., Gan, L., Roussel, M. F., and Zuo, J. (2012). Age-dependent in vivo conversion of mouse cochlear pillar and deiters’ cells to immature hair cells by atoh1 ectopic expression. Journal of Neuroscience 32, 6600–6610. 34. Atkinson, P. J., Huarcaya Najarro, E., Sayyid, Z. N., and Cheng, A. G. (2015). Sensory hair cell development and regeneration: Similarities and differences. Development 142, 1561–1571. 35. Lewis, J. (1998). Notch signalling and the control of cell fate choices in vertebrates. Seminars in Cell and Developmental Biology 9, 583-589. 36. Kelley, M. W. (2006). Regulation of cell fate in the sensory epithelia of the inner ear. Nature Reviews Neuroscience 7, 837–849. 37. Lanford, P. J., Shailam, R., Norton, C. R., Gridley, T., and Kelley, M. W. (2000). Expression of Math1 and HES5 in the cochleae of wildtype and Jag2 mutant mice. Journal of the Association for Research in Otolaryngology 1, 161–171. 38. Hayashi, T., Kokubo, H., Hartman B. H., Ray, C. A., Reh, T. A., Bermingham- Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 21 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. McDonogh, O. (2008). Hesr1 and Hesr2 may act as early effectors of Notch signaling in the developing cochlea. Developmental Biology 316, 87-99. 39. Doetzlhofer, A., Basch, M. L., Ohyama, T., Gessler, M., Groves, A. K., and Segil, N. (2009). Hey2 regulation by FGF provides a Notch-independent mechanism for maintaining pillar cell fate in the organ of Corti. Developmental Cell 16, 58–69. 40. Ma, E. Y., Rubel, E. W, and Raible, D. W. (2008). Notch signaling regulates the extent of hair cell regeneration in the zebrafish lateral line. Journal of Neuroscience 28, 2261–2273. 41. Daudet, N., Gibson, R., Shang, J., Bernard, A., Lewis, J., and Stone, J. (2009). Notch regulation of progenitor cell behavior in quiescent and regenerating auditory epithelium of mature birds. Developmental Biology 326, 86–100. 42. Mizutari, K., Fujioka, M., Hosoya, M., Bramhall, N., Okano, H. J., Okano, H., and Edge, A. S. B. (2013). Notch inhibition induces cochlear hair cell regeneration and recovery of hearing after acoustic trauma. Neuron 77, 58–69. 43. Maass, J. C., Gu, R., Basch, M. L., Waldhaus, J., Lopez, E. M., Xia, A., Oghalai, J. S., Heller, S., and Groves, A. K. (2015). Changes in the regulation of the Notch signaling pathway are temporally correlated with regenerative failure in the mouse cochlea. Frontiers in Cellular Neuroscience 9, 110. 44. Chen, P., and Segil, N. (1999). p27(Kip1) links cell proliferation to morphogenesis in the developing organ of Corti. Development 126, 1581–1590. 45. Löwenheim, H., Furness, D.N., Kil, J., Zinn, C., Gültig, K., Fero, M. L., Frost, D., Gummer, A. W., Roberts, J. M., Rubel, E.W, Hackney, C. M., and_ Zenner, H.-P. (1999). Gene disruption of p27Kip1 allows cell proliferation in the postnatal and adult organ of Corti. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 96, 4084–4088. 46. Oesterle, E. C., Chien, W.-M., Campbell, S., Nellimarla, P., and Fero, M. L. (2011). p27Kip1 is required to maintain proliferative quiescence in the adult cochlea and pituitary. Cell Cycle 10, 1237–1248. 47. Jansson, L., Kim, G. S., and Cheng, A. G. (2015). Making sense of Wnt signaling- linking hair cell regeneration to development. Frontiers in Cellular Neuroscience 9, 66. 48. Shi, F., Hu, L., Jacques, B. E., Mulvaney, J. F., Dabdoub, A., and Edge, A.S. B. (2014). –Catenin is required for hair-cell differentiation in the cochlea. Journal of Neuroscience 34, 6470 – 6479. 49. Chai, R., Kuo, B., Wang, T., Liaw, E. J., Xia, A., Jan, T. A., Liu, Z., Taketo, M. M., Oghalai, J. S., Nusse, R., Zuo, J, and_Cheng, A. G. (2012). Wnt signaling induces proliferation of sensory precursors in the postnatal mouse cochlea. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109, 8167-8172 50. Shi, F., Hu, L., and Edge, A. S. B. (2013). Generation of hair cells in neonatal mice by –catenin overexpression in Lgr5-positive cochlear progenitors. Proceedings ok the National Academy of Sciences of the United States of America 110, 13851 – 13856. 22 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. 51. Head, J. R., Gacioch, L., Pennisi, M., and Meyers, J. R. (2013). Activation of canonical Wnt/-catenin signaling stimulates proliferation in neuromasts in the zebrafish posterior lateral line. Developmental Dynamics 242, 832–846. 52. Jacques, B. E., Montgomery, W. H., Uribe, P. M., Yatteau, A., Asuncion, J. D., Resendiz, G., Matsui, J. I., and Dabdoub, A. (2014). The role of Wnt/catenin signaling in proliferation and regeneration of the developing basilar papilla and lateral line. Developmental Neurobiology 74, 438–456. 53. White, P. M., Stone, J. S., Groves, A. K., and Segil, N. (2012). EGFR signaling is required for regenerative proliferation in the cochlea: conservation in birds and mammals. Developmental Biology 363, 191 – 200. 54. Lefebvre, P. P., Malgrange, B., _iry, M., Van De Water, T.R., and Moonen, G. (2000). Epidermal growth factor upregulates production of supernumerary hair cells in neonatal rat organ of corti explants. Acta Oto-laryngologica 120, 142–145. 55. Hume C. R., Kirkegaard M., Oesterle E. C. (2003). ErbB expression: The mouse inner ear and maturation of the mitogenic response to heregulin. Journal of the Association for Research in Otolaryngology 4(3), 422-443. 56. Zhao, L.-D., Guo, W.-W., Lin, C., Li, L.X-., Sun, J.-H., Wu, N., Ren, L.-L., Li, X.-X., Liu, H.-Z., Young, W.-Y., Gao, W. Q., and Yang, S. M. (2011). Effects of DAPT and Atoh 1 overexpression on hair cell production and hair bundle orientation in cultured Organ of Corti from neonatal rats. PLos One 6, e23729. 57. Kuo, B. R., Baldwin, E. M., Layman, W. S., Taketo, M. M., and Zuo, J. (2015). In vivo cochlear hair cell generation and survival by coactivation of -catenin and Atoh1. Journal of Neuroscience 35, 10786–10798. 58. Li, H., Roblin, G., Liu, H., and Heller, S. (2003). Generation of hair cells by stepwise differentiation of embryonic stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences 100, 13495–13500. 59. Fujino, K., Kim, T.-S., Nishida, A. T., Nakagawa, T., Omori, K., Naito, Y., and Ito, J. (2004). Transplantation of neural stem cells into explants of rat inner ear. Acta Oto-Laryngologica Supplementum 124(551), 31–33. 60. Oshima, K., Shin, K., Diensthuber, M., Peng, A. W., Ricci, A. J., and Heller, S. (2010). Mechanosensitive hair cell-like cells from embryonic and induced pluripotent stem cells. Cell 141, 704–716. 61. Ronaghi, M., Nasr, M., Ealy, M., Durruthy-Durruthy, R., Waldhaus, J., Diaz, G. H., Joubert, L.-M., Oshima, K., and Heller, S. (2014). Inner ear hair cell like cells from human embryonic stem cells. Stem Cells and Development 23, 1275 – 1284. 62. Coleman, B., Hardman, J., Coco, A., Epp, S., de Silva, M., Crook, J., and Shepherd, R. (2006). Fate of embryonic stem cells transplanted into the deafened mammalian cochlea. Cell Transplantation 15, 369–380. 63. Hildebrand, M. S., Dahl, H.-H.M., Hardman, J., Coleman, B., Shepherd, R. K., and de Silva, M. G. (2005). Survival of partially differentiated mouse embryonic stem cells in the scala media of the guinea pig cochlea. Journal of the Association for Research in Otolaryngology 6, 341–354. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 23 �Regeneración de las células ciliadas auditivas: Un tratamiento potencial... / Rebecca M. Lewis, et al. 64 Parker, M. A., Corliss, D. A., Gray, B., Anderson, J. K., Bobbin, R. P., Snyder, E. Y., Cotanche, D. A. (2007). Neural stem cells injected into the sounddamaged cochlea migrate throughout the cochlea and express markers of hair cells, supporting cells, and spiral ganglion cells. Hearing Research 232, 29-43. 24 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámetro de forma β diferente mediante el uso de Weibull++ y la relación cerrada Weibull-Gumbel Manuel Baro-Tijerina Instituto Tecnológico Superior de Nuevo Casas Grandes, Cd. Nuevo Casas Grandes, Chih. al164467@alumnos.uacj.mx RESUMEN La confiabilidad de un producto cuando este se somete a un estrés variante se calcula mediante la probabilidad de que la resistencia (S) inherente, sea mayor al estrés (s). Dado que el estrés es una variable y el producto es una variable aleatoria también, entonces, el análisis de su confiabilidad se realiza con la metodología estrés-resistencia. Lamentablemente, cuando el estrés y la resistencia siguen una distribución Weibull, los parámetros de forma β del estrés y resistencia serán diferentes debido al medio ambiente y dado que la distribución Weibull no tiene propiedad aditiva, no existe solución cerrada en este caso. Este manuscrito presenta un método de análisis estrés-resistencia Weibull para β1≠β2, basado en la relación Weibull/Gumbell. PALABRAS CLAVE Distribución Weibull, distribución normal, distribución Gumbel, análisis estrés-resistencia. ABSTRACT The reliability of a product when this is subject to a variant stress is given by the probability that the design resistance (S) of the product is greater than the stress (s) to which the product will be subjected, is say R(t)=P(S>s). Since, the time is random and the stress also is random then, the reliability analysis tool is the stress-strength methodology. Unfortunately, when the stress and the strength follow a Weibull distribution, the shape parameters β will be different, this because the environment almost is different and given that the Weibull distribution has no additive property for βS≠βs there will be no closed solution for this case. Thus, in this manuscript, based on the Weibull / Gumbel relationship, a method is presented to perform the stress-resistance analysis when the stress variable and the resistance variable have a Weibull distribution with a different parameter β1 ≠ β2. KEYWORDS Weibull distribution, normal distribution, Gumbel distribution, stressresistance analysis. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 25 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. INTRODUCCIÓN En la determinación de la confiabilidad R(t) de un producto, elemento o sistema, que está sometido a estrés variante, el producto presenta una resistencia inherente para soportar dichos valores del estrés, de esta forma la confiabilidad estará dada por la probabilidad de que la resistencia de diseño del producto sea mayor a la resistencia del estrés al cual se somete este producto, entonces se tiene R(t)=P(S>s).1 De esta manera, la confiabilidad R(t) está dada por la variable aleatoria del estrés y la variable aleatoria de la resistencia, de forma que la herramienta correcta para determinar la confiabilidad del producto es el análisis estrés-resistencia.2 Cabe mencionar que en el análisis estrés-resistencia si el comportamiento de la variable tanto del estrés como de la resistencia siguen una distribución Weibull con parámetros de forma diferentes, es decir, β1≠β2 el análisis estrés-resistencia no está definido, esto se atribuye a que el análisis estrés-resistencia es un convolución entres dos variables aleatorias, esto es, la suma algebraica de la variable de la resistencia y la variable del estrés, entonces, dado que la convolución de dos variables aleatorias independientes Weibull W~(β1,η1) y W~(β2,η2) no está definida cuando (β1≠β2), de forma que el análisis estrés-resistencia Weibull-Weibull tampoco está definido, esto es, no existe solución cerrada. Por otra parte, aunque las piezas o unidades sean fabricadas bajo los mismos parámetros, es decir, de forma idéntica, las unidades fabricadas presentarán variación en su resistencia (S), esto es, la resistencia de las unidades o productos; suponiendo (S1,S2,…,Sn) es una variable aleatoria continua, y por tanto su comportamiento debe representarse mediante una distribución de probabilidad (Pdf).3 Además la segunda variable de análisis es la variación del estrés, esto debido a que las condiciones de uso siempre serán diferentes y aunado a esto existen factores de ruido que implican un nivel de estrés variante, de esta forma, el estrés de igual forma debe representarse mediante una distribución de probabilidad.4 Ya que ambas variables del estrés y de la resistencia son independientes y se modelan mediante una distribución de probabilidad el análisis en la determinación de la confiabilidad R(t) se realiza mediante el análisis estrés-resistencia, esto es, determinar la probabilidad (P(S>s)), es decir, R(t)=(P(S>s)).5 Como el análisis estrés-resistencia representa la probabilidad de que el rango del estrés al que se somete el producto no exceda la resistencia del mismo, entonces, el análisis estrés-resistencia es la suma algebraica de la distribución de la resistencia y de la distribución del estrés,6 sin embargo, cuando la variable del estrés y la variable de la resistencia se distribuyen mediante una distribución Weibull con parámetros de forma β diferentes el análisis estrés-resistencia no es posible ya que la distribución Weibull no posee la propiedad de cerradura, esto es, la suma de variables Weibull para (β1≠β2) no está definido.7 A continuación, se demuestra la propiedad de cerradura: Para un conjunto de variables independientes Weibull X:i ~W(ηi,β),i=1,….,n,, digamos X1,….Xn, entonces la probabilidad conjunta es (1) 26 Ingenierías, Abril-junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. Como puede observarse en la Ec. (1), la suma de variables Weibull sólo es posible cuando las funciones poseen el mismo parámetro de forma β. En el caso cuando las variables del estrés y de la resistencia siguen una distribución Weibull es común hacer el análisis usando el método normal, pero debido a que no existe relación entre los parámetros de la distribución normal, es decir, N~(σ,μ) con los de la distribución Weibull W~(β,η) la aplicación del método no es eficiente en la estimación de la confiabilidad R(t), de forma que en este articulo se propone un método para la estimación de la confiabilidad R(t) mediante el análisis estrésresistencia Weibull-Weibull con el uso de la relación de parámetros Weibull y los parámetros log-normales. Generalidades del análisis estrés-resistencia En ocasiones la confiabilidad de los productos depende de la resistencia inherente del mismo, de modo que si el nivel de estrés al que el producto es sometido es mayor se presentará la falla del producto. Por tanto, si la variable aleatoria x representa el estrés y la variable aleatoria y la resistencia, en ese caso la confiabilidad del análisis estrés-resistencia está dada por la probabilidad de y>x, es decir, R(t)=P(y<x). En el análisis estrés-resistencia el término estrés se refiere a la carga que produce la falla y la resistencia refiere a la habilidad del componente o producto para soportar dicha carga. Debido a que ambos, el estrés y la resistencia son variables aleatorias su comportamiento debe ser modelado por una distribución de probabilidad. De esta manera cuando las dos distribuciones se interpolan se produce una dispersión natural y cuando la variable del estrés se hace más grande que la variable de la resistencia se produce la falla. En otra forma, cuando la función de densidad de probabilidad de ambos, el estrés y la resistencia son conocidos, la confiabilidad del componente puede ser determinada de forma analítica por medio de la intersección de las funciones de densidad (figura 1). De esta forma siendo (x,y) variables aleatorias continuas que siguen una función de densidad conjunta (Pdf) f(x,y). Entonces la confiabilidad del componente sujeto al estrés variante basado en f(x,y) está dado como: (2) Donde P(x<y) es la probabilidad de que la resistencia exceda al estrés que se somete el componente y f(x,y) es la función de densidad de probabilidad conjunta de la variable de la resistencia (y) y la variable del estrés (x).8 La siguiente ecuación es usada en el análisis estrés-resistencia para el cálculo de la probabilidad de falla. (3) Y probabilidad de éxito en la confiabilidad esperada, R(t) esta dada por: (4) Como puede observarse en la Ec.(4) el análisis estrés-resistencia está en el dominio positivo.9 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 27 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. Fig. 1. Representación del estrés y la resistencia. Generalidades de la distribución Weibull La distribución Weibull es ampliamente utilizada en la ingeniería de confiabilidad y en el análisis de vida de productos, componentes, sistemas, etc. Debido a su versatilidad 10 ya que dependiendo del valor de los parámetros, la distribución Weibull puede ser utilizada para modelar una gran variedad de comportamientos de vida. 4 Otro aspecto importante de la distribución Weibull es como el valor del parámetro de forma β y el parámetro de escala η, afecta las características de la distribución. El parámetro de forma de la distribución Weibull β, es también llamado parámetro de pendiente, esto ya que el valor de β es igual a la línea de la pendiente en el grafico de probabilidad. Diferentes valores del parámetro de forma β tienen grandes efectos en el comportamiento de la distribución Weibull, de hecho de acuerdo a los valores del parámetro de forma la distribución Weibull puede reducirse a otra distribución. Como ejemplo, para β=1 la función de densidad de probabilidad de una distribución Weibull se reduce a una exponencial de doble parámetro. Cabe mencionar que β es solo un número, es decir, no tiene dimensión. En la figura 2 se muestran diferentes comportamientos de la distribución Weibull de acuerdo al parámetro de forma β. Por otro lado, un cambio en el parámetro de escala de la distribución Weibull η hace un cambio en la escala abscisa. Un incremento en η manteniendo a β constante hace que la función de densidad de probabilidad sea más alargada.11 La función de densidad de probabilidad Weibull esta dada por: (5) La función acumulada está dada por: (6) Y la función de confiabilidad Weibull es: (7) 28 Ingenierías, Abril-junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. Fig. 2. Efectos de Beta con valores diferentes. Propiedad de cerradura de la distribución Weibull Para un sistema con n componentes en serie o que posean diferentes modos de falla, donde cada modo de falla sigue una distribución Weibull con parámetro de forma β y de escala η entonces la función de tasa de falla conjunta se puede determinar como: (8) Como se muestra en la Ec.(8), conocida como propiedad de cerradura de la distribución Weibull, se puede observar que la suma de variables aleatorias Weibull está definida si y solo si el parámetro de forma β permanece constante, es decir, es igual en cada variable aleatoria. Entonces si el modo de falla de variables aleatorias tienen comportamiento Weibull, pero presentan diferente parámetro de forma β, el resultado de la distribución de las variables no tendrá un comportamiento Weibull.12 Modelo general estrés-resistencia Weibull El uso de la distribución Weibull en ingeniería de confiabilidad y control de calidad ha sido empleado por Kao 13, la distribución Weibull suele ser adecuada cuando no se cumple la condición de aleatoriedad estricta. Por otro lado, considerando el problema de encontrar o determinar la resistencia en cuanto a confiabilidad de algún elemento o producto de su funcionalidad hasta que ocurra a primera falla. de esta forma si X sigue una distribución Weibull y Y se ajusta a una distribución Weibull ambas con W~(β,η) con la función de densidad de probabilidad como: (9) El análisis estrés-resistencia Weibull puede realizarse cuando el parámetro de forma β sea igual en la distribución del estrés y en la distribución de la resistencia, es decir, β1=β2, aunque existen algunos casos propuestos en el análisis estrés- Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 29 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. resistencia tales como: 2β1=β2 o β1=2β2. Cuando se tienen parámetros de forma iguales se puede observar que el modelo estrés-resistencia Weibull-Weibull es el mismo modelo que el exponencial-exponencial, siempre y cuando se mantenga constante β1 y β2.14 El problema de encontrar la confiabilidad de la resistencia de un elemento que funciona hasta el primer fracaso, cuando tanto la resistencia (Y) y el estrés (X) siguen la distribución de Weibull se define como: (10) Por lo cual (11) Entonces (12) Caso práctico de análisis estrés-resistencia Weibull usando Weibull ++ Se considera como Y, la resistencia del casco de un motor de un cohete aeroespacial de la NASA, y X, como la presión a la que se somete el motor, es decir, es el estrés que el motor deberá resistir. La confiabilidad R(t) del casco de motor entonces dependerá del rango de la presión a la cual opere el motor. En la tabla I se muestra el resultado de la experimentación con n=16 cascos de motor. 15 Tabla I. Datos de la experimentación del motor de cohete. 30 Estrés (Psi) Resistencia (Psi) 5.88 15.30 5.98 17.10 6.70 16.30 5.94 16.05 5.98 16.75 6.00 16.60 6.06 7.10 6.07 17.50 5.82 16.10 6.04 16.00 5.76 16.75 5.84 17.50 5.95 16.50 5.69 16.40 5.93 16.00 5.93 16.20 Ingenierías, Abril-junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. PROPUESTA DE ESTIMACIÓN DE LA CONFIABILIDAD Relación de los parámetros de las distribuciones Weibull-Gumbel A continuación se demuestra la relación de los parámetros de la distribución Weibull y la distribución Gumbel, con el objetivo de determinar la relación cerrada entre estas distribuciones, y cómo es posible estimar los valores de la media y la desviación estándar Gumbel (μev y σev), a partir de la familia Weibull. Para ello, se hace uso del teorema dado en 16. Teorema: si una variable aleatoria t sigue una distribución Weibull (t~W(η,β), entonces su logaritmo x=ln(t) sigue una distribución Gumbel [x~G(μev,σev)]. Demostración: Sea F(ln(t))=Pr(ln(t)≤ln(T)) la función acumulada de x=ln(t), donde (T) es el tiempo de falla. Dado que en términos de x,F(ln(t))=Pr[ln(t)≤ln(x]; F(x)=Pr[t≤exp(x) ], entonces sustituyendo: es: (13) Y la función de densidad es dada por: (14) De tal forma que la Ec.(14) en términos de sustitución de W: (15) La Ec.(15) es conocida como la distribución Gumbel (mínimo valor extremo tipo I). La relación de los parámetros de la distribución Weibull y la distribución Gumbel se da por (16) (17) De esa forma, utilizando el método de momentos NIST/SEMATECH los parámetros de Weibull-Gumbel están dados por: 17 (18) Finalmente, una estimación de por: (19) están dados representada por (20) (21) En la Ec.(20) γ es la constante de Euler (γ=0.577216). . Mediante la relación de parámetros Weibull-Gumbel basado en las Ec.(12,13,16 y 17), para la estimación de β, por solución numérica, como se muestra en la tabla II. Como se puede ver en la tabla III los resultados obtenidos usando el software Weibull++ 16 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 31 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. y el método Weibull-Gumbel son iguales, de modo que se puede concluir que usando esta relación de parámetros se puede calcular de manera eficiente la confiabilidad en el análisis estrés-resistencia cuando el parámetro de forma sea diferente, es decir, (β1≠β2). Tabla II. Confiabilidad del método estándar. Método estándar βS ηs βs ηS R(t) 1 9.8842 1.5 16.7664 67.99 2 9.8842 2.5 16.7664 78.03 3 9.8842 3.5 16.7664 85.79 4.5 9.8842 4.9 16.7664 92.79 5 9.8842 6 16.7664 95.62 Tabla III. Confiabilidad del método propuesto. Método propuesto βc ηs βc ηS R(t) 1.42554158 9.8842 1.42554158 16.7664 67.99 2.39841233 9.8842 2.39841233 16.7664 78.03 3.40238945 9.8842 3.40238945 16.7664 85.79 4.83474569 9.8842 4.83474569 16.7664 92.79 5.8347911 9.8842 5.8347911 16.7664 95.62 CONCLUSIÓN Como puede verse en el resultado del análisis de estrés-resistencia Weibull con parámetro de forma diferente (β1≠β2), el método propuesto, comparado con la salida del software Weibull++ resulta eficiente lo cual puede ser de gran ayuda en la toma de decisiones cuando se tiene un producto o elemento que está sujeto a estrés variante y que por ende la resistencia disminuye, es decir, existe daño acumulado hasta que se presenta la primera falla. Además, se demuestra que utilizando las ecuaciones con el valor de βc se representa de manera efectiva el valor de β del estrés y el valor de β de la resistencia para la estimación de la confiabilidad R(t) en el análisis estrésresistencia cuando las variables de ambos el estrés y la resistencia presenta diferentes valores de β. Por otra parte, como la distribución Weibull no posee la propiedad de cerradura, en el análisis estrés-resistencia solo existe forma cerrada cuando se tiene β1=β2;2β1=β2 o β1=2β2, entonces, el uso de este método resulta eficiente para los practicantes de la ingeniería de confiabilidad. 32 Ingenierías, Abril-junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. REFERENCIAS 1. Piña-Monarrez, M. R. (2017). Weibull stress distribution for static mechanical stress and its stress/strength analysis. Quality and Reliability Engineering International, 34 (May), 229–244. https://doi.org/10.1002/qre.2251. 2. Bickel, P., Diggle, P., Fienberg, S., Gather, U., Olkin, I., Zeger, S., … Demography, S. (2010). Traci J. Hess. (Springer, Ed.). New York. https://doi. org/10.1007/978-0-387-98135-2. 3. Levitin, G., & Finkelstein, M. (2017). A new stress–strength model for systems subject to stochastic shocks. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part O: Journal of Risk and Reliability, 1748006X1668954. https://doi.org/10.1177/1748006X16689543. 4. Piña-Monarrez, M. R., Ramos-López, M. L., Alvarado-Iniesta, A., & MolinaArredondo, R. D. (2016). Robust sample size for Weibull demonstration test plan. DYNA Colombia, 83(197). 5. Piña-Monarrez, M. R. (2018). Weibull Analysis for Constant and Variant Stress Behavior Using the Alt Method for Single Stress and the Taguchi Method for Several Stress Variables, (July). https://doi.org/10.19080/ BBOAJ.2018.06.555681. 6. Rinne, H. (2009). Distribution The Weibull Distribution A Handbook. (T. & F. Group, Ed.). Giessen, Germany. https://doi.org/10.1201/9781420087444. 7. Lai, C.-D. (2014). Generalized Weibull Distributions. https://doi. org/10.1007/978-3-642-39106. 8. Quanterion Solutions Incorporated. (2014). Interference Stress/Strength Analysis. Retrieved from https://www.quanterion.com/interferencestressstrength-analysis/. 9. Bhuyan, P., Unit, A. S., Dewanji, A., & Unit, A. S. (2014). Dynamic Stress-Strength Modeling with Cumulative Stress and Strength Degradation Dynamic Stress-Strength Modeling with Cumulative Stress and Strength Degradation. 10 McCool, J. I. (2012). Using the Weibull Distribution: Reliability, Modeling and Inference. https://doi.org/10.1002/9781118351994. 11. Pham, H. (2003). Handbook of reliability engineering. https://doi.org/10.10 02/9780470172414. 12. Ebeling, C. E. (2010). An introduction to reliability and maintainability engineering. (W. Press, Ed.) (2nd ed.). Boston. Retrieved from http://books. google.com.my/books/about/An_introduction_to_reliability_and_maint. html?id=23BRAAAAMAAJ&pgis=1. 13. Kao, J. H. K. (1959). “A Graphical Estimation of Mixed Weibull Parameters in Life- Testing of Electron Tubes”, Technometrics 1, pp 389-407. 14. Nadarajah, S., Cordeiro, G. M., & Ortega, E. M. M. (2013). The exponentiated Weibull distribution: A survey. Statistical Papers, 54(3), 839–877. https://doi. org/10.1007/s00362-012-0466-x. 15. NASA. (1963). Confidence Limits for Stress-Strength Models With Explanatory Variables. NASA Reports (Vol. 30). Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 33 �Análisis estrés-resistencia Weibull con parámtro de forma B diferente mediante el uso de Weibull++ y ... / Manuel Baro-Tijerina. 16. Piña-Monarrez, M. R., Ortiz-Yañez, J. F., & Rodríguez-Borbón, M. I. (2016). Non-normal capability indices for the Weibull and lognormal distributions. Quality and Reliability Engineering International, 32(4), 1321–1329. https:// doi.org/10.1002/qre.1832. 17. NIST/SEMATECH. (2012). e-Handbook of Statistical Methods. Retrieved January 1, 2015, from http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/eda/section3/ eda366g.htm. 34 Ingenierías, Abril-junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden José Luis Cantú Mata Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica jose.cantumt@uanl.mx RESUMEN En el presente escrito su muestra un método para calcular matrices de m x n ≥3 para obtener determinantes. El método mostrado reduce el tamaño de la matriz hasta obtener una matriz 1 x 1 o bien tener un elemento, el cual, con las respectivas operaciones se obtiene el determinante. El método tiene una aproximación al método de condensación desarrollado por Dodgson en 1866, sin embargo, el respectivo desarrollo del sistema es diferente En el presente escrito se estructura y desarrolla el método paso por paso hasta obtener el determinante. PALABRAS CLAVE Determinantes, descomposición y reducción de orden, matriz cuadrada. ABSTRACT This paper shows a method to calculate m x n ≥ 3 matrices to obtain determinants. The method shown reduces the size of the matrix until obtaining a 1 x 1 element, with the appropriate operations, obtains the determinant. The method has an approximation to the condensation method developed by Dodgson in 1866, however, the respective development of the system is different. In this paper, the method is structured and developed step by step until the determinant is obtained. KEYWORDS Determinants, decomposition and order reduction, square matrix. INTRODUCCIÓN En la evolución de las matrices y determinantes, han aparecido métodos que han tratado de simplificar su desarrollo y convertir cada paso en un proceso más sencillo de resolver. Los métodos de mayor reconocimiento son los propuestos por Cramer, Gauss - Jordan, Sarrus, entre otros, sin embargo, mientras que algunos métodos tienden a ser complejos o de mayor trabajo y aunque la evolución de las herramientas informáticas ha proporcionado que el resultado de una operación sea rápida y correcta, ha generado que el estudiante no obtenga la comprensión del respectivo procedimiento, tal es el caso de que al utilizar un software matemático y al proporcionar los datos correspondientes, el software arroja un resultado sin saber que representa, ocasionando que el estudiante no sabe el porqué de ese resultado. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 35 �Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden / José Luis Cantú Mata Por lo tanto, el método propuesto es una alternativa que permite comprender fácilmente el procedimiento para obtener un determinante utilizando operaciones aritméticas básicas cuya finalidad es el entendimiento y la lógica del resultado. ANTECEDENTES En los estudios realizados sobre matrices y determinantes, en 1693 Leibniz resuelve un sistema de ecuaciones, en la matriz acomodaba los elementos que pertenecían a una ecuación en filas, y el desarrollo del sistema consiste en obtener la suma del producto de los elementos que se encuentran en diagonal restando la suma del producto de los elementos que se encuentran en la diagonal inversa. 1 En 1750 Cramer sustituía la igualdad de las ecuaciones lineales en la matriz desarrollada para obtener el determinante, 2 en 1801 Gauss solucionaba la matriz utilizando operaciones aritméticas para convertir una columna en ceros dejando un elemento para multiplicar por sus adjuntos, 3 en 1867 Dodgson 4 realizó la condensación de una matriz y dividía por el respectivo centro. Así como estos autores ha habido muchos que han realizado aportaciones para que la aplicación de las matrices y determinantes resulte con mayor exactitud y facilidad de desarrollar, se aplica en las áreas de ingeniería, economía, ciencias sociales, geografía, física, matemáticas, entre otras. Se debe tener presente que estos métodos fueron planteados en épocas en que no existían los recursos de cómputo y software para realizar estas las operaciones rápidamente. OBJETIVO Obtener el determinante de una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden. DEFINICIONES Matriz. Es un arreglo rectangular de números reales ordenados en filas y columnas. Orden de una matriz. Corresponde a la cantidad m (filas) y n (columnas) que conforman la matriz. Si m = n, se le denomina matriz cuadrada. Representación algebraica de una matriz. El arreglo rectangular de m x n se estructura de la siguiente manera: Donde: a. Es el elemento. i. Es la fila a la que corresponde el elemento. j. Es la columna a la que corresponde el elemento. 36 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden / José Luis Cantú Mata PROPIEDADES DE LOS DETERMINANTES a) El determinante de una matriz es igual al determinante de su traspuesta. b) De intercambiar dos filas o dos columnas entre sí, el determinante cambia de signo. c) Si un determinante tiene dos filas o dos columnas iguales, el determinante es cero. d) Si en un determinante se multiplica por un número todos los elementos de una fila o de una columna, el determinante queda multiplicado por ese número, ya que todos los sumandos que proporcionan el resultado del determinante están multiplicados por dicho número. e) Si un determinante tiene dos filas o dos columnas iguales, el determinante es cero. f) Si todos los elementos de una fila o de una columna están constituidos por dos sumandos, el determinante puede descomponerse en la suma de dos determinantes g) El valor de un determinante no varía si a una fila o una columna se le suma otra paralela multiplicada por un número. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 37 �Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden / José Luis Cantú Mata MÉTODO El método utilizado para resolver matrices cuadradas de tamaño 3x3 o superiores permite reducir el tamaño de la matriz, eliminando una fila y una columna, una vez que se hayan realizado las operaciones correspondientes. Sin embargo, para obtener el determinante se debe considerar la cantidad de ocasiones que un elemento interviene en la operación, por lo tanto, la matriz conformada de m filas = n columnas, considera la siguiente estructura: PROCEDIMIENTO Para tener un mejor entendimiento de lo mencionado anteriormente, se propone el siguiente ejemplo: el arreglo de m x n = 4 x 4, por lo tanto, la matriz es cuadrada. Paso no. 1. Identificar el elemento que iniciará la operación, al cual denominaremos como elemento inicial (ei), donde ei ≠ 0. Se recomienda iniciar en la posición a11 debido a que es la posición que representa mayor facilidad para desarrollar el sistema, aunque el ei puede estar ubicado en cualquier posición de la matriz, si y solo si es diferente de 0. 38 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden / José Luis Cantú Mata Paso no. 2. Obtener el producto de ei con el resto de los elementos que no corresponden a su fila y columna, para de esta manera formar una matriz de orden 3x3. Paso no 3. Obtener el producto de los elementos que conforman la fila con los elementos que conforman la columna correspondientes al ei, también para formar una matriz de orden 3x3. Paso no 4. Al obtener dos matrices de orden 3x3, se procede a realizar A1–A2=A3. Paso no 5. Al reducir de tamaño la matriz, el procedimiento se repite (pasos 1 a 4) hasta reducir la matriz a orden 1x1. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 39 �Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden / José Luis Cantú Mata Paso no 6. Al obtener la matriz de orden 1 x 1, se procede a realizar la última parte del procedimiento para obtener el determinante, el cual, se debe seguir la siguiente regla: a) m x n = x, si y solo si la matriz es cuadrada. b) El valor obtenido en la matriz 1x1 será dividido entre C. c) C = (x-2) d) C representa la operacion a realizar, que corresponde al producto de cada ei utilizado. e) Si un ei tomado en cuenta para desarrollar el sistema, no corresponde a la posición a11, el resultado cambia de signo. f) Un mayor entendimiento de la regla puede apreciarse en la tabla I, donde según el tamaño de la matriz será el valor de x y las respectivas operaciones de C para encontrar el determinante. Paso no 7. Al revisar la regla, se identifica que la matriz del ejemplo de orden 4, C = ei1ei2 * ei1, por lo tanto, se procede a realizar el final del ejercicio, donde la matriz 1 x 1: Tabla I. Valores de x y las respectivas operaciones de C. Nota. El nombrar una matriz Asubíndice es para identificar la cantidad de matrices generadas con el método propuesto y definir la notación. La matriz 1 x 1 es la última matriz que se enumera para realizar las operaciones con la regla C y obtener el resultado. CONCLUSIONES El método utilizado es muy sencillo de desarrollar y es una alternativa para resolver problemas de matrices cuadradas, permite reducir la matriz cuadrada eliminando una fila y una columna al mismo tiempo. La diferencia con otros métodos utilizados en matrices de orden 3 o superiores es que no requiere convertir en ceros una sola columna, ni multiplicar por algún numero para convertir en cero una posición. El ei puede estar ubicado en cualquier posición de la matriz cuadrada, sin embargo, de no utilizar la posición a11 en cada nueva matriz, se debe recurrir a una de las propiedades de los determinantes, cambio de signo, o bien recurrir a la permutación. Se han realizado pruebas con números enteros y racionales. 40 Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Método para resolver una matriz cuadrada mediante la descomposición y reducción de orden / José Luis Cantú Mata REFERENCIAS 1. Medel – Juarez, J. J. y García – Mendoza, C.V. (2016). Historia del determinante. Ciencia. 67 (1), 60 – 67. 2. Ufuoma, O. (2013). A New and Simple Method of Solving Large Linear Systems: Based on Cramer’s Rule but Employing Dodgson’s Condensation. In Proc. World Congr. Eng. Comput. Sci. (Vol. 1). 3. Rosales, A. (2008). Evolución histórica del concepto de matriz. Revista Digital Matemática, 9(1), 1-20. 4. Dodgson, C. L. (1867). Condensation of determinants, being a new and brief method for computing their arithmetical values. Proceedings of the Royal Society of London, (15), 150-155. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 41 �Colaboradores Álvarez Aguilar, Nivia Tomasa Doctora en Ciencias Pedagógicas, Universidad Pedagógica Estatal de Minsk, Minsk, Bielorrusia, 1984. Licenciada en Educación Técnica y Profesional, Universidad Pedagógica para la Enseñanza Técnica y Profesional, La Habana, Cuba, 1977. Sus líneas de investigación incluyen la formación de profesores y estudiantes de ingeniería. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores nivel I (Área IV: Humanidades y Ciencias de la Conducta). Baro Tijerina, Manuel Profesor investigador en el departamento de Ingeniería Industrial y Manufactura en el Instituto Tecnológico Superior de Nuevo Casas Grandes, México, completó sus estudios de Ingeniería en el ITSNCG en el 2009. Después concluyó sus estudios de maestría en Ingeniería Industrial en la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez en 2016, obteniendo el mayor promedio. Por último completó su grado de Doctor en Tecnología con especialidad en Confiabilidad en el 2020. Cantú Mata José Luis Ingeniero Administrador y de Sistemas, Maestro en Administración Industrial y de Negocios, con orientación en Comercio Exterior. Doctor en Filosofía con especialidad en Administración, todos por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Profesor Investigador de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Profesor con Perfil Prodep y miembro del Sistema Nacional de Investigadores. 42 Lewis, Rebecca M. Recibió dos grados de doctorado en Ciencias del Habla y la Audición de la Universidad de Washington en Seattle. En su investigación estudió los mecanismos de regeneración de las células ciliadas bajo la dirección de la Dra. Jennifer Stone del Virginia Merrill Bloedel Hearing Research Center (Centro de Investigación Merrill Bloedel). Después recibió simultáneamente su doctorado en Audiología (AuD), también realizó trabajo posdoctoral en el Massachusetts Eye and Ear in Boston y el Walter Reed National Military Medical Center en Bethesda (Meryland). Junto con sus intereses en audiología clínica, está el estudio de la regeneración de células ciliadas, sinaptopatía, pérdida del oído inducida por ruido, desorden del proceso auditivo y mediciones objetivas de la función auditiva. Rubel, Edwin W. Doctorado en psicología fisiológica por la Universidad Estatal de Michigan, Lansing. Desde 1986, ha sido profesor en los Departamentos de Otorrinolaringología y Fisiología y Biofísica y profesor adjunto en el Departamento de Psicología de la Universidad de Washington, Seattle. Es el director fundador del Virginia Merrill Bloedel Hearing Research Center y actualmente ocupa una cátedra. Sus intereses de investigación incluyen el desarrollo y la plasticidad del sistema auditivo central y periférico, la regeneración de las células ciliadas del oído interno, y la modulación de la muerte de las células ciliadas del oído interno. Su laboratorio, Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Colaboradores junto con el Dr. Douglas Cotanche, descubrió la regeneración de células pilosas en aves. Stone, Jennifer S. Estudió biología y arte de estudio en Skidmore College, Saratoga Springs, NY, y luego completó su doctorado en anatomía y neurobiología en Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 la Universidad de Boston. Realizó una beca postdoctoral en otorrinolaringología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, Seattle. Actualmente es profesora de investigación en otorrinolaringología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington. 43 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, exactitud de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. Las contribuciones sobre modelación y simulación deben estar científicamente dentro del propio trabajo. Los trabajos con base en encuestas de opinión o entrevistas describiendo su impacto social, especialmente en áreas relacionadas con la ingeniería, deberán incluir la metodología y aspectos estadísticos tanto para su diseño como para el análisis de las mediciones y resultados, así como la validación de las correlaciones que pudieran presentarse. 44 No se consideran para publicación protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, por e-mail a la dirección: revistaingenierias@uanl.mx El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 15 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, primer piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 E-mail: revistaingenierias@uanl.mx Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 �Código de ética Autores Los autores deben presentar una narración concisa y exacta del trabajo desarrollado, así como una discusión objetiva de su significado intelectual y científico. Los autores deben incluir a los coautores que hayan cambiado de afiliación durante el proceso de preparación y publicación del documento y que cumplieron con el criterio de coautoría, señalando el evento en una nota. Los autores deben incluir en su manuscrito detalles suficientes y referencias a fuentes de información públicas para hacer posible la reproducción del trabajo por terceros. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo de las instituciones y organismos que hayan contribuido significativamente al desarrollo del trabajo, así como a colaboradores que hayan contribuido de manera importante, incluyendo a fallecidos o a quienes hayan cambiado de afiliación, pero sin que hayan llegado a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera. Los autores deben abstenerse de presentar críticas personales en sus trabajos. Los autores deben abstenerse de utilizar nombres ficticios o seudónimos. Los autores deben citar aquellas publicaciones que son antecedentes esenciales para comprender el trabajo. Los autores deben responsabilizarse del material que presentan en su manuscrito. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido mediante comunicación privada que no se localice en publicaciones. Revisores Los autores deben abstenerse de ofrecer manuscritos que se encuentren en consideración por otras publicaciones. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido de manera confidencial sin el permiso explícito correspondiente. Los autores deben abstenerse de incluir información obtenida en el proceso de servicios confidenciales, tales como documentación para concursos o solicitudes de becas. Los autores deben abstenerse de citar publicaciones que no se relacionen o que sólo se relacionen remotamente con la materia. Los autores deben abstenerse de incluir como autores a terceros que no cumplan con el criterio de coautoría, el cual consiste en su contribución significativa al desarrollo y preparación del trabajo. Los autores deben incluir a los coautores fallecidos que cumplan con el criterio de coautoría, asentando la fecha de su muerte. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 Los revisores deben declinar cualquier invitación para evaluar un manuscrito si no se consideran calificados, carecen de tiempo para juzgar o se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los revisores deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los revisores deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los revisores deben abstenerse de expresar críticas personales. Los revisores deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los revisores deben abstenerse de utilizar o difundir información, argumentos o interpretaciones no publicadas 45 �Código de ética contenidas en un manuscrito bajo consideración, excepto con el consentimiento expreso de los autores posteriormente al proceso de evaluación. Los revisores deben considerar en su revisión posibles errores o fallas de los autores al citar el trabajo relevante de otros. Los revisores deben informar al editor si encontraran alguna semejanza substancial entre el manuscrito y cualquier otro trabajo. Los revisores no deberán intentar contactar a los autores, si hubieran inferido su identidad, previamente a haber emitido su fallo. El editor debe delegar en los miembros del consejo editorial o comité técnico la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación en casos en que se presente conflicto de interés con él. El editor debe delegar la responsabilidad y autoridad editorial a alguno de los miembros de los consejos editoriales cuando él sea autor o coautor de un manuscrito que se somete a consideración de la revista. Cuerpo Editorial (Consejos Editoriales y Comité Técnico) Editor Los miembros del cuerpo editorial deberán estar dispuestos a otorgar consejo al editor en las situaciones requeridas. El editor debe dar consideración justa e imparcial a todos los manuscritos ofrecidos para su publicación, juzgando cada uno de sus méritos científicos o tecnológicos, sin prejuicios de raza, género, religión, creencia, origen étnico, ciudadanía, filosofía o política de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben declinar cualquier invitación para brindar consejo si se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente con los autores o con el trabajo a evaluar. El editor debe considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los miembros del cuerpo editorial deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. El editor debe abstenerse de expresar crítica personal. Los miembros del cuerpo editorial deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. El editor debe explicar y apoyar su juicio final para que los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de expresar críticas personales. El editor debe abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando cuente con el permiso de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. El editor deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a ninguna persona fuera de aquellos a los que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando se cuente con el permiso de los autores. El editor debe respetar la independencia intelectual de los autores. El editor debe procesar los manuscritos con diligencia. El editor debe ejercer su responsabilidad y la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación. 46 Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a cualquier persona fuera de aquellos que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deberán respetar la independencia intelectual de los autores. Ingenierías, Abril-Junio 2020, Vol. XXIII, No. 87 ��� Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2020 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 23 Número Número de la revista 87 Mes de publicación Mes cuando se publicó Abril-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2020, Año 23, No 87, Abril-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/04/2020 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021121 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Células ciliadas auditivas Coherencia Estrés-Resistencia Matriz cuadrada https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21019/Ingenierias_2020_Ano_23_No_88_Julio-Septiembre.pdf 4f39fabf34c30324a4967edb9233c0ae PDF Text Text ��88 Contenido Julio-Septiembre de 2020, Año XXIII, No. 88 3 Editorial: El valor cotidiano de la capacitación Juan Antonio Aguilar Garib 5 Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial Thomas G. Muir, David L. Bradley 20 La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería Jesús Gabino Puente-Córdova, Flor Yanhira Rentería-Baltiérrez, Martín Edgar Reyes-Melo 32 Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt Virgilio A. González González, Manuel González Ábrego, Alejandro Benavides Treviño, Marco A. Garza Navarro, Carlos A. Guerrero Salazar 50 Colaboradores 52 Información para colaboradores 53 Código de ética Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Año XXIII, No. 88 1 �DIRECTORIO Ingenierías, Año XXIII N° 88, julioseptiembre 2020. Es una publicación trimestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Teléfono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Impresa por: Desarrollo Litográfico S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, Nuevo León, México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de julio de 2020. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66455. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2020 revistaingenierias@uanl.mx UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Mtro. Rogelio G. Garza Rivera Rector Dr. Santos Guzmán López Secretario General Mtra. Emilia Edith Vásquez Farías Secretario Académico Dr. Celso José Garza Acuña Secretario de Extensión y Cultura Lic. Antonio Ramos Revillas Director de Editorial Universitaria FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Dr. Arnulfo Treviño Cubero Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable M.C. Cyntia Ocañas Galván Dr. Jesús G. Puente Córdova Redacción Gregoria Torres Garay Tipografía y formación M.A. José Luis Martínez Mendoza Diseño Ing. Cosme D. Cavazos Martínez Webmaster René de la Fuente Franco Impresor CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dr. Cezar Henrique Gonzalez, Brasil. UFPE, Recife-Pernambuco / Dra. Ruth Kiminami, Brasil. UFSC, San Pablo / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin / Dr. Zarel Valdez Nava, Francia. UPS-INPT-LAPLACE-CNRS. 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Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñán, FIME-UANL. 2 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Año XXIII, No. 88 �Editorial: El valor cotidiano de la capacitación Juan Antonio Aguilar Garib Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica juan.aguilargb@uanl.edu.mx La dinámica del desarrollo de las ciencias y las artes mantiene a la gente en un proceso que los invita a actualizar sus competencias y continuar con su educación aún después de que han cumplido con los cursos obligatorios para obtener algún grado o certificado. La actualización consiste en ampliar conocimientos o habilidades que ya se poseen, incluso la depuración de conceptos por nuevos desarrollos cabría en esta categoría. El caso particular de desarrollo de habilidades orientadas a una aplicación inmediata, como aquellas que se requieren para tener mejor desempeño en el empleo o mostrar cierta destreza y práctica, suele identificarse como capacitación. En el ámbito de saber hacer y de entender se dificulta distinguir los alcances de la capacitación y la formación en carreras profesionales en donde se da un traslape con las habilidades de individuos altamente capacitados. Sin embargo sí resulta fácil distinguir que la capacitación se refiere a la enseñanza operativa y específica a partir de conocimiento que ya se encuentra en forma de reglas, procesos o procedimientos, con la intención de que se apliquen de inmediato en la solución de problemas de campo. En cambio en la formación profesional los individuos aprenden a diseñar tales procesos o procedimientos y a establecer las reglas que los rigen, aplicando principios básicos, física, matemáticas y química en el caso de las ingenierías, que justifican sus propuestas. La facilidad y oportunidad de la gente para capacitarse está relacionada con las actividades que realicen, de manera que algunos podrán aprender bajo supervisión cercana mientras que otros podrán ir aprendiendo sobre la marcha, según la inmediatez y grado de especialización que se esté demandando, así como de los antecedentes de los participantes. Se dan casos en que la capacitación se vuelve un proceso cuya formalidad se ha reducido a que los empleados de mayor antigüedad enseñan a los nuevos, pero sin método, en forma improvisada, creyendo que siguen, ojalá así fuera, una relación maestroaprendiz. Puede ser que sea lo más barato para labores repetitivas en las que no se toma en cuenta la verdadera tasa de retorno que no sólo se refleja en la eficiencia por la reducción de retrabajo y operaciones redundantes, sino también por la disminución potencial de accidentes. Un ejemplo de la importancia de los antecedentes de los participantes se puede apreciar cuando se observa que hay programas de capacitación orientadas al uso de tecnologías de información que utilizan a la vez esas tecnologías para ofrecer la capacitación. Como ejemplo, se podría tomar un curso que utiliza la videoconferencia como medio para explicar cómo funciona una plataforma que Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Año XXIII, No. 88 3 �Editorial: El valor cotidiano de la capacitación / Juan Antonio Aguilar Garib a su vez utiliza la videoconferencia para comunicarse y colaborar. Esto puede parecer raro, pero es posible perfectamente si los participantes cuentan con antecedentes básicos que incluyan nociones sobre el ambiente de trabajo para ejecutar diversos programas tales como navegadores de internet y procesadores de palabras, así como aplicaciones populares incluso en teléfonos celulares. Una de las motivaciones para la capacitación de quien se capacita usualmente está relacionada con mejores expectativas de remuneración laboral mientras que los empleadores buscan satisfacer sus expectativas de desempeño de sus colaboradores. Aunque la capacitación es buena para todos, una de las dificultades a las que se enfrenta es que hay una tendencia para no reconocer que tiene un costo implícito tanto para generar la información con la experiencia de quienes ya se desarrollan en cierta área, como para transferirla, tales como el tiempo, las instalaciones, el material y los manuales. Este costo siempre debe ser cubierto, pero sus resultados y justificación deberían ser apreciables en el corto plazo ya que la intención es que la aplicación de la capacitación sea inmediata. Las exigencias actuales para que los operadores y prestadores de servicios estén certificados y acreditados obliga a que en efecto la capacitación sea formal por lo que requerirá estar sustentada por una estructura unidades de enseñanzaaprendizaje sobre determinado tema. Se tiene la idea de que la capacitación es práctica porque considera una serie de instrucciones para llevar a cabo procedimientos sin que necesariamente se proporcionen sus fundamentos. La idea de que los aspectos teóricos están alejados de los prácticos se utiliza en ocasiones como una forma de promoción para la capacitación, afirmando que no se consideran aspectos que no sean útiles, al menos de inmediato, y que se dedicarán a lo que realmente es utilizable, sin perder tiempo en cosas difíciles. Es verdad que los cursos de capacitación se concentran en el desarrollo de habilidades, pero el conocimiento de los fundamentos es de gran utilidad sin contar que asegura la relevancia de los cursos en la mira de que sea reconocidos y acreditables. Toda simplificación debe surgir de las necesidades de la capacitación y no de los antecedentes de los aspirantes a capacitarse. Si los cursos diseñados según las necesidades de capacitación fueran demasiado avanzados para los participantes seleccionados, entonces es necesario seleccionar a otros participantes que cuenten con los antecedentes necesarios o bien dotarlos de ellos, es decir prepararlos para ser capacitados. La capacitación es mucho más seria de lo que pudiera parecer ya que muchas de las tareas rutinarias que mantienen en funcionamiento a la sociedad moderna está a cargo del personal calificado. Este personal es el que da mantenimiento al elevador al que nos subimos con la confianza de que estamos seguros. La capacitación debe ofrecer el fundamento necesario para comprenderla y para que quien la recibe sea el primero en valorarla. Esta forma de capacitación que tiene la formalidad y la extensión necesarias y cuya calidad es demostrable es la que se certifica y que tendrá el valor curricular que le den quienes se benefician de ella a través de la gente que realiza las tareas para las cuales se preparó de manera eficiente y eficaz, y que por esa razón se le considera bien calificada. 4 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Año XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial Thomas G. Muir Universidad de Texas en Austin, Texas tom.muir@arlut.utexas.edu David L. Bradley Laboratorio de Investigación Aplicada Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania dlb25@psu.edu RESUMEN Este artículo presentan algunos de los aspectos más sobresalientes de la investigación y desarrollo de la acústica subacuática, así como reconoce el mérito de miembros de la Sociedad Americana de Acústica (Acoustics Society of America, ASA), quienes contribuyeron con su trabajo durante el período de la Segunda Guerra Mundial. Los resultados de tal trabajo se convirtieron en logros científicos y de ingeniería que aparecen en literatura sobre acústica. PALABRAS CLAVE Sociedad Americana de Acústica, sonar, detección submarina. ABSTRACT This paper presents some of the highlights about research and development of sub-aquatic acoustics, as well as it gives recognition to the members of the Acoustical Society of America (ASA), who contributed with their work along the Second World War. The results of such work have turned into scientific and engineering achievements, which are published in literature about acoustics. KEYWORDS Acoustic Society of America, sonar, submarine detection. ANTECEDENTES El hombre ha estado interesado en el sonido en el océano por curiosidad intelectual, así como por la necesidad, en respuesta a amenazas, tales como riesgos de navegación, catástrofes y eventos mundiales, incluyendo naufragios y muchas otros asociados con la guerra naval. A principios del siglo XX, varios inventores abordaron el problema de los peligros de la navegación, lo que llevó al uso de campanas submarinas para crear señales de alerta. La guerra naval y las amenazas que plantea han sido la mayor motivación para la acústica submarina, comenzando con la Primera Guerra Mundial (WWI) y alcanzando avances notables durante y después de la Segunda Guerra Mundial (WWII). Estos esfuerzos dieron lugar a descubrimientos básicos en oceanografía y ciencias acústicas e ingeniería, incluida la exploración por sonar y geofísica. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 5 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley La historia de la acústica subacuática durante la primera mitad del siglo XX incluye muchísimos logros a través de dos guerras mundiales. Se trata de un tema muy voluminoso y amplio, por lo cual sólo se puede hacer un breve esbozo de lo más relevante. El material cubierto se deriva en gran medida de tres sesiones especiales sobre el tema, presididas por los autores en la 169th reunión de la Sociedad Acústica de América (ASA) celebrada en Pittsburgh, PA.1 Los autores dan el más amplio crédito para sus ponentes: Thomas Howarth, Michael Pestorius, Karim Sabra, Frederick Erskine, Michael Buckingham, William Kuperman, James Lynch, Arthur Newhall, y David Feit, así como otros que discutieron temas después de la Segunda Guerra Mundial. La cobertura se limita al desarrollo acústico subacuático en los Estados Unidos y sus aliados, Francia y el Reino Unido. La historia del tema en la Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS) ha sido bien abordada en otras referencias.2 LOS PRIMEROS ESFUERZOS DEL SIGLO XX Y LOS PIONEROS DE LA ACÚSTICA SUBACUÁTICA La ASA otorga una medalla de plata en honor de cinco pioneros de la acústica subacuática: H. J. W. Fay, Reginald A. Fessenden, G. W. Pierce, Paul Langevin y Harvey C. Hayes (figura 1). A continuación se presentan algunas de las contribuciones de estos pioneros. Fig. 1. Medalla “Pioneros de la Acústica Subacuática” Pioneers in Underwater Acoustics Medal de la Acoustics Society of America (Sociedad Acústica de América, ASA). Harold J. W. Fay estuvo asociado durante mucho tiempo con la Submarine Signal Company (SSC), que fue fundada en 1901 para desarrollar productos comerciales en señalización submarina pertinentes para la navegación de buques para evitar riesgos. Fay se convirtió en presidente de la SSC en 1942 y la dirigió a través de su fusión con la Compañía Raytheon en 1946. Hizo avances creativos, incluyendo un sistema por el cual dos hidrófonos de botón de carbono en “baúles marinos” llenos de agua, uno a cada lado del buque, podría ser utilizado para dirigir el barco hacia una campana.3,4,5 Se le atribuye el liderazgo en acústica subacuática durante casi 50 años. Reginald Fessenden se unió a la SSC como consultor unos meses después de la pérdida del Titanic en abril de 1912.6 En la SSC comenzó el desarrollo 6 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley del sonar activo con un dispositivo llamado oscilador Fessenden.7,8,5 Aunque era un transductor y no un oscilador, utilizaba una placa vibratoria expuesta por un lado al agua de mar y funcionaba por un voltaje aplicado a una bobina electromagnética que se movía en un campo magnético inducido (como un altavoz moderno). Esto creó señales acústicas submarinas en forma de estallidos de tono, y también recibió ecos. Los ensayos marinos comenzaron en 1914, demostrando las comunicaciones submarinas y la detección de iceberg. Los experimentos de detección de submarinos se realizaron en 1917, y la Marina de los Estados Unidos comenzó a instalar osciladores Fessenden para la comunicación en los submarinos nuevos en 1918. Los sonómetros comerciales de Fessenden se empezaron a utilizar en 1924. Los esfuerzos de George Washington Pierce en electrónica apoyaron en gran medida los avances en acústica subacuática. Pierce sirvió en la Estación Experimental Naval en New London, CT, durante la Primera Guerra Mundial y desarrolló circuitos de sonar, incluyendo “compensadores” de retardo de fase, para permitir a un oyente binaural determinar la dirección a partir de una señal de dos o más sensores externos en su propia nave. Más tarde, aprovechó la tecnología de bulbos de vacío y desarrolló muchas ideas rentables, incluyendo el famoso oscilador Pierce, que sigue siendo importante en la actualidad. También fue un pionero en transductores magnetorestrictivos. Estos dispositivos utilizan el sonido generado por la expansión y contracción de ciertos metales cuando están expuestos a campos electromagnéticos alternantes, un proceso que también permite la recepción de señales.9 El comienzo del siglo XX fue una época de grandes avances en las ciencias físicas, incluyendo el desarrollo de la relatividad y descubrimientos revolucionarios en la física atómica. El gran físico francés Paul Langevin estaba en el centro de estos emocionantes acontecimientos. Su profesor (Pierre Curie) había codescubierto la piezoelectricidad, la cual consiste en la capacidad de ciertos cristales, como el cuarzo, para expandirse y contraerse en un campo eléctrico y generar una carga eléctrica cuando se les excita acústicamente. La Primera Guerra Mundial motivó a Langevin a utilizar este efecto para desarrollar un sonar ultrasónico. Los cristales de cuarzo, cargados en ambos lados para reducir sus frecuencias de resonancia, se usaron para desarrollar sonares de haz estrecho de alta resolución. La guerra terminó antes de que se vieran en servicio, pero Langevin fue capaz de demostrar el rango del eco ultrasónico para detección submarina y búsqueda de profundidad. 10,11,12 Harvey Hayes fue el primer Director de la Estación de Torpedos de la Marina de los Estados Unidos en New London, CT, durante la Primera Guerra Mundial. Se convirtió en el primer Superintendente de la División de Acústica del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) en Washington, DC, en su fundación en 1923. Durante los siguientes 25 años, supervisó una gran variedad de proyectos de investigación de referencia, estableciendo esta organización como un líder mundial en sonido submarino. Este exitoso laboratorio se convirtió en un modelo para el desarrollo de subsiguientes laboratorios de acústica subacuática en todo el mundo. Hayes también fue el primer galardonado con la Medalla “Pioneros de la Acústica Subacuática” Pioneers in Underwater Acoustics Medal de la ASA en 1959.13 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 7 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley PRIMERA GUERRA MUNDIAL Al comienzo de la Primera Guerra Mundial los aliados estaban mal preparados para la guerra antisubmarina (ASW), con desarrollos simples de manera que desplegaron sistemas primitivos. Algunos ejemplos son el uso del micrófono de gránulos de carbono de Thomas Edison en un diseño impermeable, que fue desplegado en una columna vertical y utilizado por los barcos de pesca británicos en el esfuerzo de guerra;14 (figura 2). El hidrófono resultante quedó desorientado frente a la excitación retrodispersada, y su directividad “cardioide” se utilizó para detectar más o menos la presencia y dirección de un objetivo contra el ruido. Este dispositivo dio paso a otra solución rápida consistente en un sistema neumático binaural simple. Utilizaba bombillas de goma en cada extremo de una columna vertical orientable, con tubos sónicos introducidos en el submarino o buque a un estetoscopio, lo que permitía a un operador entrenado escudriñar el azimut horizontal para detectar objetivos de radiación acústica en la banda de 500 a 1,500 Hz.15 Sistemas de escucha pasivos como estos fueron los principales sistemas desplegados por los aliados. La investigación del sonar por Langevin y otros fue exitosa pero no produjo sistemas de flota antes del final de la guerra. Fig. 2. Botón de carbono de la Primera Guerra Mundial e hidrófonos neumáticos. Durante la Primera Guerra Mundial se iniciaron varios acontecimientos decisivos en la investigación de la acústica subacuática. La Marina de los Estados Unidos dependía en gran medida de SSC hasta que Estados Unidos entró en la guerra en 1917, y esto cambió rápidamente con el establecimiento de la Estación Experimental Naval en New London, CT, para el desarrollo tecnológico.14 Esto marca una tendencia hacia la creación y la confianza en los laboratorios de la Marina para la investigación independiente, desarrollo y asesoramiento independiente del motivo de la ganancia. La participación británica en la Primera Guerra Mundial fue mucho mayor que la de los Estados Unidos. Un joven Albert Beaumont Wood (figura 3) había entrado en acústica submarina en 1915. Él y Robert W. Boyle trabajaron con Langevin en Francia, pero desarrollaron sus propias ideas de transductores de piezocuarzo para sus primeros sonares, que se llamaban “asdics” en el Reino Unido, una palabra en código que significaba “antisubmarine-division-ics”, con los “ics” al final en física. Al inicio de la Segunda Guerra Mundial, Wood fue galardonado con la Orden del Imperio Británico en reconocimiento a su trabajo en el desmantelamiento de una mina magnética enemiga. A. B. Wood se convirtió 8 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley en una figura internacional en acústica subacuática, haciendo investigaciones innovadoras, sirviendo como Superintendente Adjunto del Admiralty Research Laboratory, y escribiendo un libro de acústica clásica.16 Fue galardonado con la Medalla “Pioneros de la Acústica Subacuática” en 1961. Una medalla del Instituto Británico de Acústica por los logros de los investigadores jóvenes se nombra en su honor y se da a los norteamericanos en años alternos. Sus logros profesionales y relatos interesantes de sus propias experiencias bélicas están documentados en el Journal of the Royal Naval Scientific Service.17 Fig. 3. A. B. Wood. ESFUERZOS POSTERIORES A LA PRIMERA GUERRA MUNDIAL Después de la Primera Guerra Mundial, muchos científicos e ingenieros estadounidenses, británicos y franceses estaban ocupados desarrollando las ideas nacidas durante el conflicto. La primera investigación consistió en la transducción. Se demostró que los transductores de Langevin podrían funcionar como dispositivos de rango de eco altamente direccional. G. W. Pierce desarrolló la transducción magnetorestrictiva para sondeos de profundidad. Los esfuerzos de transductores estadounidenses también se centraron en cristales piezoeléctricos de sal de Rochelle. La NRL extendió estas tecnologías a la detección submarina y desarrolló un sistema electroacústico para la escucha binaural.15 En esta era, las empresas industriales elaboraron un inventario de sonares de reflectores tanto para uso en buques de superficie como submarinos (figura 4). Los sonares estadounidenses operaban a frecuencias de 24-30 kHz, por encima del rango de frecuencia de la audición humana, lo que reducía la detección de interferencias. También estaban por encima de las frecuencias de la mayoría de las fuentes de ruido de la maquinaria de a bordo, así como por encima de la gama de ruido de la superficie del mar impulsado por el viento. Estos sonares funcionaban transmitiendo una ráfaga corta de tono o ping, típicamente de 20-200 ms, dentro de una viga cónica directiva, típicamente alrededor de 10° de ancho en los puntos de media potencia. Los ecos de los objetivos eran recibidos antes de que se transmitiera el siguiente ping.18 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 9 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley Fig. 4. Concepto de búsqueda de sonar. Un transductor de sonar está alojado en un domo debajo del casco y es dirigido mecánicamente para buscar objetivos. El Indicador de desviación de orientación (BDI) fue desarrollado más tarde durante la Segunda Guerra Mundial. Un problema hidroacústico importante fue resuelto en 1937 por Elias Klein y otros en la NRL quienes determinaron que los bordes romos en las hélices sufrían cavitación, provocando resonancias en las hélices, y causaban vibraciones ruidosas a bordo de la nave. Afilar los álabes de la hélice llevó a barcos más silenciosos con más empuje. A finales de la década de 1930, la NRL también desarrolló tecnología de defensa portuaria, incluyendo un sistema de boyas acústicas ancladas llamado Herald (figura 5) que fue interconectado para proporcionar alertas y rastrear y localizar naves furtivas que podrían entrar en la instalación o área portuaria.15 Fig. 5. Sistema de seguridad portuaria y perimetral del Naval Research Laboratory «Herald~. Una línea de hidrófonos acoplados por radio detecta la presencia de un intruso. SEGUNDA GUERRA MUNDIAL En el período previo a la Segunda Guerra Mundial, varios científicos perspicaces en los Estados Unidos se preocuparon justificadamente por el mal estado de los preparativos estadounidenses para la guerra. Un plan liderado por Vannevar Bush fue presentado al presidente Franklin Roosevelt en junio de 1940 para formar un Comité de Investigación de Defensa Nacional (NDRC), convirtiendo a la guerra bajo la superficie en un área de acción para la investigación y desarrollo acelerados.14 10 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley Pronto se reconoció que era necesario mejorar los sistemas acústicos subacuáticos de la Marina de los Estados Unidos y desarrollar nuevos sistemas. Tres universidades (Columbia, Harvard y la Universidad de California, San Diego) fueron encargadas de desarrollar personal e instalaciones para lograr resultados en áreas específicas de acústica submarina, mucho más allá de su ámbito académico normal, así como la Institución Oceanográfica de Woods Hole (WHOI) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). Los laboratorios de la Marina y muchas empresas industriales estadounidenses estaban muy involucrados. La lista es demasiado larga para contemplarla aquí, pero incluye a las principales organizaciones que aparecen en el diagrama de organización simplificado de la figura 6.14 Fig. 6. Organigrama de investigación y desarrollo de la Segunda Guerra Mundial. OSRD, Oficina de Investigación y Desarrollo; NDRC, Comité Nacional de Investigación de Defensa. De Lasky (1977). La División de Investigación de Guerra de la Universidad de Columbia (CUDWR) fue establecida en 1941, con sede en Nueva York, NY, y un laboratorio de sonido en la Estación de Guardacostas estadounidense en el legendario sitio de la Guerra Revolucionaria, Fort Trumbull en New London, CT (CUDWR NLL). Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 11 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley Este laboratorio emprendió muchos proyectos, incluyendo la investigación y el desarrollo de sonar de escucha pasiva para submarinos estadounidenses y el silenciamiento de su ruido radiado o firma de barco.14 Un ejemplo de su trabajo fue el sistema hidrofónico direccional JP, figura 7, montado en un submarino. Esto permitió a los submarinos estadounidenses sumergidos, así como a las lanchas patrulleras, obtener rodamientos en naves de superficie de sus firmas en la banda de audio.19 Este sistema proporcionó la muy necesaria detección en la banda de audio, permitiendo a los submarinos estadounidenses sentir y medir la dirección de las naves enemigas. el CUDWR NLL se convirtió en el Laboratorio de Sonido Submarino de la Marina de los Estados Unidos después de la guerra. 20 Fig. 7. Hidrófono direccional JP, el primer sistema de vigilancia de banda ancha de la flota en la banda de audio. En 1942, el CUDWR también se encargó de operar el Laboratorio de Referencia de Sonido Subacuático (USRL), bajo la dirección de Robert S. Shankland, quien se encargaría de desarrollar y proporcionar un inventario de transductores acústicos estándar de banda ancha subacuática.21,22 Se estableció un centro de pruebas en Orlando (Florida), mientras que las obras de ingeniería se realizaron en la sede de la CUDWR en Nueva York. Estos transductores fueron calibrados por medio de primeros principios (por ejemplo, reciprocidad) y fueron utilizados por una variedad de clientes que trabajan en el esfuerzo de guerra. El Harvard Underwater Sound Laboratory (HUSL) fue establecido en junio de 1941 con Frederick V. (Ted) Hunt (figura 8) como su director. Hunt pasó a ser Presidente de ASA (1951-1952). Recibió la Medalla “Pioneros de la Acústica Subacuática” (1965) y la Medalla de Oro (1969). HUSL operó durante cuatro años, haciendo importantes contribuciones en el uso del sonido para detectar submarinos al (1) mejorar el equipo actual, (2) desarrollar nuevos dispositivos, y (3) desarrollar torpedos acústicos de rastreo.23,9 Las mejoras en la flota existente de sonar ASW incluyeron (1) un sistema para determinar el rodamiento objetivo con un solo haz de sonar dividido, llamado indicador de desviación de rodamiento (BDI), (2) un sistema Gain variable (TVG) para compensar las pérdidas de transmisión, y (3) un sistema de anulación Doppler (ODN) propio para aumentar la detección del cambio Doppler en las señales de destino. Estos se incorporaron en una consola de visualización de sonar mejorada. 12 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley La nueva arquitectura de sonar HUSL desarrollada (matriz cilíndrica de elementos transductores, capacitivos eléctricos y escaneo electrónico de modulación) marca el ritmo de los sonares modernos.9 Un desarrollo clásico de HUSL fue el torpedo Mk 24 (con fines de secreto, designado una mina llamada Fido) que fue desarrollado por este laboratorio en tiempo récord. Se trataba de un dispositivo de propulsión eléctrico a batería, lanzado al aire, guiado por un sistema sonar autónomo instalado delante de la ojiva (figura 8) y fue desarrollado y probado en diciembre de 1942, puesto en producción por Western Electric, y utilizado con éxito en 1944 operaciones en el Atlántico. Fig. 8. Frederick (Ted) Hunt and Mk 24 torpedo “Fido.” La División de Investigaciones de Guerra de la Universidad de California (UCDWR) fue establecida por la NDRC en abril de 1941 para capitalizar la experiencia científica del sistema de la Universidad de California, el Instituto Scripps de Oceanografía (SIO), y para proporcionar una presencia de investigación y desarrollo en la Costa Oeste. El Laboratorio de Radio y Sonido de la Marina (NRSL) ya existía en San Diego’s Point Loma. La UCDWR fue contratada para administrar la NSRL para la Marina y proporcionó la mayoría de los científicos, ingenieros y personal técnico, mientras que la NSRL proporcionó las instalaciones y el apoyo. El primer director (1941) fue Vernon Knudsen, cofundador de la ASA, ex presidente de la ASA (1933-1935), y posteriormente medallista de oro de la ASA (1967). Knudsen fue sucedido en 1942 por Gaylord Harnwell, quien recibió la Medalla al Mérito por su servicio a la NSRL y pasó a ser presidente de la Universidad de Pensilvania.Carl Eckart fue el físico teórico preeminente de la NSRL y ganó la Medalla Pioneros de la Acustica Subacuática en 1973 (todos mostrados en la figura 9). Fig. 9. De izquierda a derecha: Vernon Knudsen, Gaylord Harnwell, y Carl Eckart. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 13 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley El laboratorio de San Diego de la UCDWR llevó a cabo investigaciones y experimentos sobre una larga lista de efectos oceanográficos y acústicos oceánicos, incluyendo corrientes, temperatura del agua, salinidad, batimetría y otras variables oceánicas, así como propagación de sonido, dispersión, reverberación, y el ruido ambiental. Se desarrollaron los conocimientos básicos necesarios para mejorar el sonar y el uso de los sistemas de la Marina, así como los dispositivos de sonar adjuntos. La UCDWR también llevó a cabo un amplio programa de capacitación para el personal naval y los científicos del personal desplegados con la flota para apoyar la prueba y el uso del equipo, y para asesorar sobre cuestiones acústicas. 24,25 Se contrató a expertos de entornos singulares para tareas como la grabación de sonido de precisión. Entre ellos estaba Arthur Roshon, que vino de Walt Disney Studios en Hollywood, para liderar un logro importante en el desarrollo de un sistema de sonar de frecuencia modulada de alta frecuencia continua (CTFM), designado el QLA, que se instaló en 45 submarinos estadounidenses y resultó extremadamente útil para evitar minas en operaciones en mares interiores fuertemente minados.26 Otro proyecto importante fue el desarrollo de señuelos diseñados para simular submarinos, y más de 4.000 de estos sierras de servicio en la flota.27 El WHOI fue fundado en 1930 a instancias de la Academia Nacional de Ciencias y una subvención de la Fundación Rockefeller y fue guiada por visionarios como Henry Bigelow y Frank Lille. A partir de 1935, el profesor de geofísica Maurice Ewing de la Universidad de Lehigh comenzó a participar en cruceros de investigación de verano a bordo de WHOI’s R/V Atlantis con sus estudiantes, incluyendo a J. Lamar (Joe) Worzel, quien se asociaría a Ewing para una vida profesional (figura 10). En 1940, Ewing y sus estudiantes llegaron a el WHOI durante la guerra, trayendo la acústica subacuática a la institución. Entre ellos se encontraban Alan Vine, Brackett Hersey y Frank Press, que pasó a ser presidente de la Academia Nacional de Ciencias.28 Se realizaron experimentos acústicos subacuáticos con fuentes de disparo explosivo, hidrófonos en la columna de agua y geoteléfonos en el fondo marino poco profundo. Se mejoraron los experimentos acústicos mediante la medición de parámetros oceánicos, como registros batitermografícos del perfil de la temperatura de los océanos.29 Realizaron mediciones de aguas poco profundas a lo largo de la Costa Este y estudiaron la propagación de sedimentos y columnas de agua para descubrir y describir características dispersas de pulsos acústicos de banda ancha. Los conjuntos de datos fueron analizados por Pekeris 30, figura 10, del Grupo de Física Matemática de la Universidad de Columbia. Estudió cuidadosamente los resultados de las mediciones y desarrolló el primer modelo teórico de agua poco profunda, de modo normal, que lleva su nombre y continúa hasta hoy como un referente. A Ewing se le atribuye primero la predicción y luego las primeras mediciones del canal de sonido de fijación y rango (SOFAR) creado por la disminución de la temperatura y el aumento de la presión con profundidad en el océano profundo. 31 Este efecto permite la propagación a largo plazo dentro de una zona horizontal profunda. Leonid Brekhovshikh encontró independientemente este resultado mediante el estudio de datos experimentales en la Unión Soviética.32,2,33 14 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley El canal SOFAR permitía a los pilotos caídos pedir ayuda con una pequeña carga explosiva. Fig. 10. De izquierda a derecha: Maurice Ewing, J. Lamar Worzell, and Chaim L. Pekeris. Las misiones de NRL en la Segunda Guerra Mundial estaban resolviendo muchísimos problemas, incluyendo la ingeniería correctiva del sonar existente para aplicaciones tácticas de la ASW. Una de ellas era rediseñar el mecanismo de inclinación de la cabeza de sonido para que el sonar de la flota pudiera mirar hacia abajo en ángulos pronunciados para mantener la ubicación del eco en los objetivos del submarino. La aplicación de los descubrimientos de investigación realizados en otros lugares se redujo a la práctica naval y se puso a disposición de la flota. También se desarrollaron dispositivos únicos que incluían contramedidas y sistemas de armas para superar problemas en tiempos de guerra.14,34 También se establecieron activos de campo NRL para investigación y pruebas. El primer rango de prueba acústica de la Marina se desarrolló en Key West, FL, y el Leo Treitel de la NRL desarrolló instrumentación para probar los sonares de los buques de guerra que pasan por una pista de prueba para probar el funcionamiento adecuado de sus sistemas de sonar. El David Taylor Model Basin (DTMB) recibió su nombre del contraalmirante David W. Taylor, quien construyó la primera instalación estadounidense para la investigación hidrodinámica de buques en el Astillero Naval de Washington en 1898 y fue un arquitecto naval de renombre mundial. La instalación de DTMB fue construida en 1939 y hoy es parte de la División del Centro de Armas de Superficie Naval en Carderock, MD. Aunque en gran medida una instalación de investigación hidrodinámica, el DTMB ha sido un centro para la acústica subacuática porque hay una fuerte relación entre el flujo hidrodinámico y la firma de radiada y autoradiada por la nave que se detecta por sonar pasivo (escuchando). En los primeros días de la Segunda Guerra Mundial, un joven físico llamado Murray Strasberg (figura 11) se unió a un grupo de DTMB involucrado en problemas de ruido submarino, encabezado por William Sette.Realizaron mediciones de burbujas de ruido de cavitación generadas por hélices modelo en los túneles de agua DTMB y estudiaron el inicio de burbujas de cavitación en función de la presión ambiental. Strasberg fue el primero en notar que el inicio del ruido de cavitación ocurrió antes de que se pudiera observar visualmente e identificar un efecto adicional de cavitación generador de ruido procedente de las puntas de la hélice.19 Realizó las primeras pruebas marítimas en tres submarinos de la clase Guppy (SS 212), midiendo cavitación de hélice con hidrófonos fuera de borda especialmente instalados. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 15 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley Fig. 11. Murray Strasberg y la cavitación de la punta de la hélice. Pasó a desarrollar nuevos principios de diseño de hélices, que utilizan diferentes formas y número de hojas. Murray Strasberg publicó más tarde en The Journal of the Acoustical Society of America,35 y se convirtió en un líder clave ASA, sirviendo como presidente (1974-1975) y recibiendo la Medalla de Oro en 2000.36 Varias organizaciones que realizaban investigaciones sobre la Segunda Guerra Mundial con las mencionadas anteriormente eran bastante activas y no se describieron aquí debido a limitaciones de espacio. Uno de ellos fue el Laboratorio de Sonido Subacuático del MIT, que trabajó con fabricantes de ruidos subacuáticos utilizados para confundir los sistemas de armas enemigas.27 Quizás el mayor contribuyente del MIT al esfuerzo de guerra fue Philip Morse. Vannevar Bush lo seleccionó para encabezar el Grupo de Investigación de Operaciones de la ASW, la cual tenía la responsabilidad de guiar a la flota en el uso efectivo de su sonar, radar y sistemas de armas para maximizar su impacto.37 Sus conocimientos de física y acústica le sirvieron bien en este esfuerzo. Morse pasó a escribir libros de texto de acústica, convertirse en presidente de la ASA (1951-1952), y recibir su Medalla de Oro (1973). PERSPECTIVA Algunos de los aspectos más destacados de la acústica subacuática en las épocas aquí esbozadas se han centrado en personas, lugares y ejemplos notables de desarrollos que estuvieron involucrados. En estas épocas se descubrieron algunas características verdaderamente significantes de la acústica oceánica, de las que sólo hemos podido hacer mención cualitativa. Muchos de estos esfuerzos simplemente tenían que hacerse, sobre todo en tiempos de guerra, pero se convirtieron en logros científicos y de ingeniería por derecho propio. Participaron acústicos de todas las disciplinas, mientras que también participaron otros de disciplinas completamente diferentes. Es interesante que muchos de los descubrimientos de investigación básica y aplicada realizados tanto en la Primera Guerra Mundial como en la Segunda Guerra Mundial no pudieron utilizarse antes de que terminaran las guerras. Estos logros se han explorado más a fondo y ahora aparecen en textos modernos, así como en la literatura acústica. La historia de la Segunda Guerra Mundial muestra el importante papel que jugó la acústica subacuática en su resultado, y mucho mérito se debe a los miembros de la ASA que contribuyeron. 16 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley REFERENCIAS 1. Las ponencias se presentaron en tres sesiones especiales presididas por los autores: “Perspectivas históricas sobre los orígenes de la acústica subacuática I, II y III”, y están en The Journal of the Acoustical Society of America 137, 2273, 2274, 2275 (I), 2306, 2307, 2308 (II), y 2331, 2332 (III), abril de 2015. 2. Godin, O. A., and Palmer, D. R. (Eds.). (2008). History of Russian Underwater Acoustics. World Scientific Publishing, Singapore. 3. Fay, H. J. W. (1912). History and development of submarine signals. Proceedings of the 29th Annual Convention of the American Institute of Electrical Engineers, Boston, MA, June 1912, pp. 1337-1354. 4. Reynhout, D. H. (2002). SUBSIG-Odyssey of an Organization. Writer’s Club Press, New York. 5. Howarth, T. R. (2015). The Submarine Signal Company. The Journal of the Acoustical Society of America 137, 2273. 6. Fessenden, H. M. (1940). Fessenden, Builder of Tomorrows. CowardMc¬Cann, Inc., New York. 7. Fessenden, R. A. (1916). Dynamo Electric Machinery. US Patent No. 1,167,366, filed May 31, 1913, and issued January 4, 1916. 8. Seitz, F. (1999). The cosmic inventor, Reginald Aubrey Fessenden (18661932). Transactions of the American Philosophical Society 89, 1-77. 9. Pestorius, F. M., and Blackstock, D. T. (2015). Contributions to the development of underwater acoustics at the Harvard Underwater Sound Laboratory (HUSL). The Journal of the Acoustical Society of America 137, 2274/Proceedings of Meetings on Acoustics 23, 070008. 10.Centre National de la Researche Scientifique (C.N.R.S.). (1950). Oeuvres Scientifiques de Paul Langevin. Service des Publications du C.N.R.S., Paris, pp. 525-603. 11.Zimmerman, D. (2002). Paul Langevin and the discovery of active sonar or asdic (incluye “An account of the research work carried on in France” by Paul Langevin, 1918). The Northern Mariner/Le Marin du Nord 12, 39-52. 12.Sabra, K. (2015). Paul Langevin’s contributions to the development of underwater acoustics. The Journal of the Acoustical Society of America, 137, 2273. 13.Erskine, F. T., III. (2015). Harvey C. Hayes, First superintendent of the Sound Division at the Naval Research Laboratory, Washington, DC. Pro¬ceedings of Meetings on Acoustics 23, 070007. 14.Lasky, M. (1977). Review of undersea acoustics to 1950. The Journal of the Acoustical Society of America 61, 283-297. 15.Klein, E. (1968). Underwater sound and naval acoustical research and applications before 1939. The Journal of the Acoustical Society of America 43, 931-937. 16.Buckingham, M. J. (2015). The naval science of Albert Beaumont Wood, O.B.E., D.Sc. The Journal of the Acoustical Society of America 137, 2274/ Proceedings of Meetings on Acoustics 23, 070009. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 17 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir y David L. Bradley 17. Wood, A. B. (1965). Journal of the Royal Naval Scientific Service. Special Issue, Vol. 20, No. 4. 18. National Defense Research Committee (NDRC). (1946a). Scanning Sonar Systems. Summary Technical Report of Division 6, Volume 16, National Defense Research Committee, National Research Council, US Government Printing Office, Washington, DC. 19. National Defense Research Committee NDRC (1946b). Principles of Underwater Sound. Summary Technical Report of Division 6, Volume 7, National Defense Research Committee, National Research Council, US Government Printing Office, Washington, DC. 20. Knobles, D. P., Muir, T. G., and Westwood, E. K. (2015). Columbia University Division of War Research. The Journal of the Acoustical Society of America 137, 2275. 21. National Defense Research Committee NDRC (1946c). Basic Methods for the Calibration of Sonar Equipment. Summary Technical Report of Division 6, Volume 10, National Defense Research Committee, National Research Council, US Government Printing Office, Washington, DC. 22. Brown, D. A., and Paolero, A. (2015). History of underwater electroacoustic transducer standards, calibration methods, facilities, and some early contributors. The Journal of the Acoustical Society of America 137, 2308. 23. Hunt, F. V. (1946). Applied Acoustics in Subsurface Warfare. Harvard Underwater Sound Laboratory Final Report, Harvard University, Cambridge, MA. 24. Kuperman, W. A. (2015). The University of California Division of War Research (UCDWR) and the Marine Physical Laboratory (MPL). The Journal of the Acoustical Society of America, 137, 2274. 25. Rees, C. D. (2015). Early acoustics research at the Navy’s Pacific Research and Development Laboratory. The Journal of the Acoustical Society of America, 137, 2308. 26. National Defense Research Committee NDRC (1946d). Frequency-Modulated Sonar Systems. Summary Technical Report of Division 6, Volume 17, National Defense Research Committee, National Research Council, US Government Printing Office, Washington, DC. 27. National Defense Research Committee NDRC (1946e). Sonar Countermeasures. Summary Technical Report of Division 6, Volume 19, National Defense Research Committee, National Research Council, US Government Printing Office, Washington, DC. 28. Lynch, J., Newhall, A., and Frosch, R. (2015). Acoustics at the Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), 1930-1960. The Journal of the Acoustical Society of America, 137, 2275/Proceedings of Meetings on Acoustics 23, 070013. 29. Worzell, J. L., Ewing, M., and Pekeris, C. L. (1948). Explosion sounds in shallow water. In Worzel, J. L., Ewing, M., and Pekeris, C. L. (Eds.), Propa¬gation of Sound in the Ocean, Memoir 27. The Geological Society of America, Boulder, CO, pp. 1-62. Reprinted by the Acoustical Society of America, Melville, NY, 2000. 18 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Acústica subacuática: Un breve panorama histórico a través de la Segunda Guerra Mundial / Thomas G. Muir and David L. Bradley 30.Pekeris, C. L. (1948). Theory of propagation of sound in shallow water. In Worzel, J. L., Ewing, M., and Pekeris, C. L. (Eds.), Propagation of Sound in the Ocean, Memoir 27. The Geological Society of America, Boulder, CO, pp. 1-116. Reprinted by the Acoustical Society of America, Melville, NY, 2000. 31.Ewing, M., and Worzel, J. L. (1948). Long-range sound propagation. In Worzel, J. L., Ewing, M., and Pekeris, C. L. (Eds.), Propagation of Sound in the Ocean, Memoir 27. The Geological Society of America, Boulder, CO, pp. 1-32. Reprinted by the Acoustical Society of America, Melville, NY, 2000. 32.Brekhovshikh, L. M. (1949). Concerning the propagation of sound in an underwater acoustic channel, Doklady Akademii Nauk SSSR 69, 157–160. 33.Godin, O. A. (2015). Leonid Brekhovskikh and his lasting impact on un¬derwater acoustics. The Journal of the Acoustical Society of America 137, 2274. 34.Erskine, F. T., III. (2013). A History of the Acoustics Division of the Naval Research Laboratory: The First Eight Decades 1923-2008. Naval Research Laboratory, Washington, DC. Available at http://acousticstoday.org/NRL. 35.Strasberg, M. (1956). Gas bubbles as a source of sound in liquids. The Journal of the Acoustical Society of America 28, 20-26. 36.David Feit presentó una ponencia titulada “Underwater Acoustics Research at the David Taylor Model Basin”, durante una mesa redonda en la sesión especial “Perspectivas históricas sobre los orígenes de la acústica subacuática II” en la 169ª reunión de la Acoustical Society of America celebrada en Pittsburgh, PA, 2014. 37.National Defense Research Committee NDRC (1946f). Antisubmarine Warfare in World War II. Summary Technical Report of Division 6, Volume 3, National Defense Research Committee, National Research Council, US Government Printing Office, Washington, DC. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 19 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería Jesús Gabino Puente-CórdovaA, Flor Yanhira Rentería-BaltiérrezB, Martín Edgar Reyes-MeloA Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León B Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León jesus.puentecr@uanl.edu.mx A RESUMEN En este trabajo se describen algunas aplicaciones de la derivada conformable en la solución de ecuaciones diferenciales de orden fraccionario. Las derivadas de orden no entero son presentadas en función del tiempo para resolver el modelo de Maxwell, el circuito eléctrico RC en serie y la ley de enfriamiento de Newton. Los resultados obtenidos muestran la variación del parámetro α del operador fraccional conformable para modelar el comportamiento de los fenómenos propuestos. Se obtiene que los parámetros esfuerzo, corriente eléctrica y temperatura en función del tiempo, presentan un decaimiento más pronunciado a medida que α disminuye. La derivada conformable es una herramienta matemática que permite resolver ecuaciones diferenciales de orden fraccionario en una forma más simple. PALABRAS CLAVE Ecuación diferencial, cálculo fraccional, modelado, derivada conformable. ABSTRACT In this work some applications of the conformable derivative in the solution of fractional order differential equations are described. Derivatives of noninteger order are presented as a function of time to solve Maxwell’s model, the series RC electric circuit and Newton’s law of cooling. The results obtained show the variation of the alpha parameter of the conformable fractional operator to model the behavior of the proposed phenomena. It is obtained that the parameters stress, electric current and temperature as a function of time, show a more pronounced decay as α decreases. The conformable derivative is a mathematical tool that allows you to solve fractional order differential equations in a simpler way. KEYWORDS Differential equation, fractional calculus, modeling, conformable derivative. INTRODUCCIÓN El cálculo tradicional, basado en operadores diferenciales e integrales de orden entero, es una herramienta matemática que permite describir de manera cuantitativa a una gran variedad de fenómenos en las diversas áreas de la ciencia 20 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. e ingeniería.1-3 Tradicionalmente, para la descripción de dichos fenómenos, generalmente se recurre al desarrollo de un modelo en forma de una ecuación diferencial de orden entero. La capacidad de estos modelos para describir o predecir resultados experimentales, es función de las variables que se toman en cuenta para dicho estudio, así como también de los operadores matemáticos utilizados. Debido a lo anterior, y al error inherente de las mediciones experimentales, las descripciones teóricas muestran ciertas desviaciones con respecto a los resultados experimentales. Se ha demostrado en muchos trabajos científicos que el orden entero de estos operadores diferenciales o integrales es un factor de peso para dichas desviaciones o discrepancias,1-5 ya que se generan como resultado funciones cuya forma es restringida, siendo esto un impedimento para el ajuste de las curvas teóricas con las experimentales. Para minimizar este problema, en muchos trabajos teóricos y experimentales se han utilizado con éxito operadores diferenciales e integrales de orden fraccionario, inclusive de orden arbitrario, extendiéndose a los números complejos.6 A esta rama de las matemáticas se le conoce con el nombre de cálculo fraccionario o de una manera más correcta, método de integración y derivación de orden arbitrario.4-6 Es evidente que para la utilización de los operadores fraccionarios se requiere de una definición de estos. Actualmente existe una variedad de versiones matemáticas para definir las derivadas e integrales de orden fraccionario. Entre las más populares, se encuentran la de Riemann-Liouville, Grünwald-Letnikov, Caputo, Caputo-Fabrizio, Atangana-Baleanu,7-10 las cuales corresponden a operadores matemáticos no locales, debido a que son definidas utilizando integrales definidas. La utilización de alguna de estas definiciones permite la posibilidad de describir fenómenos o procesos mediante ecuaciones diferenciales temporales de orden fraccionario, en las que la solución analítica o numérica correspondiente se puede calcular, por un lado, utilizando la transformada de Laplace, si lo que se desea es obtener la solución en el dominio del tiempo, o, por otro lado, la transformada de Fourier, si se desea obtener la solución en el espacio de la frecuencia. El cálculo de la solución de una ecuación diferencial de orden fraccionario es un proceso que conlleva un alto grado de dificultad. Para la resolución en el dominio del tiempo, las funciones o soluciones obtenidas incorporan la función Mittag-Leffler, la cual es una generalización de la función exponencial, y se utiliza de manera recurrente para describir una gran cantidad de fenómenos físicos.6, 11 Sin embargo, desde un punto de vista práctico, las definiciones de derivadas e integrales fraccionarias carecen de un significado físico y geométrico preciso, como es el caso de las derivadas e integrales de orden entero. Aunado a lo anterior, es importante tomar en cuenta que las derivadas e integrales de orden fraccionario no cumplen con las reglas del cálculo tradicional, como lo son la regla de la cadena, la regla del producto, y la regla del cociente entre otras.6, 8 En este sentido, en el 2014 Khalil y colaboradores12 propusieron un nuevo concepto de derivada, denominada “derivada fraccionaria conformable”. Esta derivada conformable tiene la característica de que cumple con las propriedades de las derivadas de orden entero y, además tiene la propiedad de ser un operador matemático local. Por lo anterior, la derivada conformable ha traído consigo un aumento considerable en el estudio de sus propiedades, así como también para aplicaciones en ciencia e ingeniería.13-15 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 21 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. Tomando en cuenta lo anterior, en este trabajo de investigación se llevó a cabo una aplicación del concepto de la derivada conformable para tres casos de ingeniería que corresponden a distintas manifestaciones de fenómenos de relajación o disipación de energía por parte de un sistema. El primero de ellos corresponde a la manifestación mecánica del fenómeno de relajación, el cual se describe mediante el modelo reológico análogo de Maxwell. El segundo versa sobre la manifestación eléctrica del fenómeno de relajación, el cual se describe mediante un circuito eléctrico equivalente RC en serie. Finalmente, se analiza la manifestación térmica del fenómeno de relajación, utilizando para tal efecto la ley de enfriamiento de Newton. En este artículo, se describe en primer término el concepto de derivada conformable. En segundo término, se describe como se utilizó el concepto de derivada conformable, para modificar las ecuaciones diferenciales de orden entero de los tres sistemas bajo estudio. Posterior a esto se presentan y discuten las curvas teóricas calculadas para las tres manifestaciones de los fenómenos de relajación, el esfuerzo σ(t) para la manifestación mecánica; la corriente eléctrica І(t) para la manifestación eléctrica; y la temperatura Θ(t) para la manifestación térmica. LA DERIVADA CONFORMABLE El concepto de derivada conformable fue propuesto en el 2014 por Khalil y colaboradores,12 quienes originalmente la identificaron con el nombre de derivada fraccionaria conformable. Para su definición, consideremos la función entonces, la derivada conformable de orden α,Tα, se define de la siguiente manera, para todo x > 0, y 0 < α ≤ 1. (1) En la ecuación 1, se establece que Tα también se puede expresar de las dos maneras siguientes: El operador Tα puede considerarse como una generalización de la definición que establece el cálculo tradicional para la derivada de primer orden de una función f(x), dado que si α=1, la ecuación 1 se transforma en la ecuación 2, que corresponde a la definición de derivada de primer orden, lo anterior se resume de la siguiente manera: T1f(x)=f'(x). (2) Con el propósito de definir la derivada conformable de una manera precisa, lo cual es fundamental para aplicaciones de ingeniería, se describen a continuación las propiedades más importantes de esta derivada, tomando en consideración el siguiente teorema.12, 14 Teorema. Siendo α(0, 1] y que las funciones f, g sean α-diferenciables, para cualquier punto del intervalo x > 0, se establecen las siguientes seis propiedades. 22 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. La definición de derivada conformable permite un aspecto fundamental con respecto a su aplicación en las ciencias e ingenierías. Este aspecto, se refiere a la posibilidad de establecer ecuaciones diferenciales temporales de orden fraccionario para describir cierto fenómeno o proceso, y como consecuencia de lo anterior, la utilización de la definición de derivada conformable permite el cálculo de la solución de dichas ecuaciones diferenciales de una manera tal que se evita el cálculo (que en la mayoría de los casos es muy complejo) de las integrales definidas que caracterizan a las definiciones de derivada fraccionaria establecidas por Riemann-Liouville, Grünwald-Letnikov, Caputo, entre otros. APLICACIONES EN LA INGENIERÍA Las ecuaciones diferenciales constituyen la herramienta matemática tradicional para describir fenómenos o procesos en las ciencias e ingeniería. Existe mucha evidencia en la literatura que demuestra que, en las ecuaciones diferenciales construidas a base de derivadas de orden no entero, los fenómenos o procesos correspondientes se describen de una manera más precisa que cuando se utilizan ecuaciones diferenciales de orden entero.1, 2, 5 Sin embargo, encontrar la solución de estas ecuaciones diferenciales de orden fraccionario no es una tarea sencilla, y la utilización de la definición de derivada conformable es una alternativa interesante que se analiza en este trabajo de investigación. A continuación, se presentan los tres casos de estudio que fueron seleccionados para este análisis. Primeramente, se aborda el modelo reológico análogo de Maxwell, posteriormente se aborda el caso del circuito eléctrico equivalente RC en serie y finalmente el de la ley de enfriamiento de Newton. Modelo reológico análogo de Maxwell Una gran cantidad de materiales utilizados en ingeniería presentan un comportamiento denominado viscoelástico, cuya principal característica es que su comportamiento mecánico es función del tiempo. Entre estos materiales, se encuentran los polímeros, plásticos, hules y algunas aleaciones metálicas. Dicho comportamiento puede representarse y/o describirse como una primera aproximación mediante una combinación lineal de propiedades elásticas y viscosas. Entonces, el modelado del comportamiento viscoelástico puede llevarse a cabo a través de la construcción de arreglos mecánicos análogos que consisten en resortes y amortiguadores. Los modelos de Maxwell (figura 1), Voigt-Kelvin y Zener representan como primera aproximación dicho comportamiento, y en particular, a los ensayos mecánicos de relajación de esfuerzos y de fluencia “creep”.16, 17 Fig. 1. Representación mecánica del modelo de Maxwell. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 23 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. El modelo de Maxwell, mostrado en la figura 1, consiste en el arreglo mecánico de un resorte de módulo elástico E cuya respuesta mecánica corresponde a la ley de Hooke en serie con un amortiguador de viscosidad η cuya respuesta mecánica corresponde a la ley de Newton de los líquidos viscosos puros El resorte representa la componente elástica del material, mientras el amortiguador representa la componente viscosa. La ecuación diferencial de orden entero que caracteriza a dicho arreglo es la siguiente: (3) Donde es el tiempo de relajación característico del modelo. Para el análisis de la manifestación mecánica del fenómeno de relajación o disipación de energía que manifiesta el modelo de Maxwell, es necesario resolver la ecuación 3 bajo condiciones a la frontera que definen a un ensayo de relajación de esfuerzos. Para dichas condiciones, el arreglo de Maxwell se somete a cierto nivel de deformación abrupta que permanece constante durante el tiempo que dure el ensayo mecánico, (t)=0, y tomando en cuenta también que la deformación abrupta estará asociada al esfuerzo casi instantáneo del resorte del modelo, por lo que se puede establecer que para el t=0, (t=0)= 0. Tomando en cuenta estas condiciones a la frontera, la solución que satisface la ecuación diferencial 3 es la ecuación 4, que es un indicador de cómo se disipa la energía en el modelo de Maxwell. (4) Sin embargo, la forma de las curvas teóricas (t) calculadas a partir de la ecuación 4, no son más que una primera aproximación de curvas experimentales obtenidas para una gran variedad de materiales viscoelásticos, y para mitigar esta discrepancia, una alternativa es abordar este estudio mediante una ecuación diferencial de orden fraccionario. En la literatura, una práctica común es sustituir las derivadas de orden entero en las ecuaciones diferenciales, por operadores de orden fraccionario.13, 18, 19 Aunque matemáticamente dicha estrategia es correcta, desde el punto de vista dimensional no lo es. Un análisis dimensional de un operador diferencial de orden entero y otro fraccionario demuestra que las unidades son diferentes, ver ecuación 5. (5) En la ecuación 5  tiene unidades de tiempo, por lo tanto, se puede establecer la siguiente ecuación. (6) Tomando en cuenta la ecuación 6, se establece una expresión matemática (ecuación 7) que puede ser utilizada para remplazar una derivada de primer orden por una derivada de orden fraccionario , pero manteniéndose la consistencia de sus unidades: (7) Donde τm está relacionado con el tiempo de relajación del modelo de Maxwell, algunos autores establecen que este parámetro representa componentes de tiempo 24 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. fraccionario en el sistema.18, 19 Sustituyendo el operador de la ecuación 7 en la ecuación 3, se obtiene la siguiente ecuación diferencial fraccionaria: (8) Entonces, tomando en cuenta la propiedad 6 del teorema de la derivada conformable, para la ecuación 8 se transforma en una ecuación diferencial lineal de primer orden: (9) La solución analítica de la ecuación diferencial 9 bajo condiciones a la frontera definidas por un ensayo de relajación de esfuerzos: es la expresión matemática de la ecuación 10: (10) La ecuación 10 (solución de la ecuación 9) es función del tiempo y del significado físico respectivo de σ0, τm, y del exponente 0 < α ≤ 1. El significado físico de α, tomando en cuenta que representa el orden de una derivada fraccionaria, está relacionado con la tasa de disipación de energía que manifiesta un sistema viscoelástico.5 Puesto que todos los elementos de la ecuación 10 tienen un significado físico definido, este resultado puede ser considerado como un modelo físico. Algo que resulta interesante de la ecuación 10, es su comparación con la función empírica KWW (Kohlrausch-Williams-Watts), también conocida como “función exponencial estirada”, y que fue propuesta en 1854 por Kohlrausch y formalmente abordada en 1970 por Williams y Watts. Esta expresión matemática (t) (ecuación 11) se ha utilizado ampliamente para ajustarla a resultados experimentales que representan fenómenos de relajación en sistemas poliméricos complejos,20, 21 sin embargo, presenta la desventaja de que el parámetro  carece de significado físico. (11) Donde τs es el tiempo característico del sistema bajo estudio, A es un parámetro pre-exponencial, y 0 <  se identifica como exponente “estirado”. En la figura 2 se presenta un gráfico con las curvas teóricas calculadas a partir de la ecuación 10. Se observa que al variar el valor de α la forma de la curva cambia. A medida que disminuye el valor de α, la curva tiende a decaer de una manera más pronunciada. Cuando α=1, se obtiene la solución clásica del modelo de Maxwell, en donde no se han tomado en cuenta derivadas de orden fraccionario. Este comportamiento puede justificarse por el hecho de que cuando α aumenta, la viscosidad representada por el amortiguador se impone con mayor intensidad en la respuesta gobal del modelo, lo que se traduce en una menor tasa de disipación de energía cuando α aumenta, dicho en otras palabras, el fenómeno de relajación es más lento. Por otra parte, si se requiere llevar a cabo el ajuste de la ecuación 10 a un conjunto de datos experimentales (σ,t), una manera de realizarlo es linealizar la ecuación para obtener la forma Los parámetros α y τm se pueden calcular aplicando una regresión lineal (mínimos cuadrados), a los datos expresados en la forma y=Ax+B. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 25 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. Fig. 2. Variación de la ecuación 10 en función del parámetro α. Circuito eléctrico equivalente RC en serie En el campo de las propiedades eléctricas y dieléctricas de los materiales que se utilizan como aislantes eléctricos y/o dieléctricos, el circuito eléctrico equivalente RC en serie, se utiliza como primera aproximación para abordar el estudio de la manifestación eléctrica de fenómenos de relajación.22, 23 En este sentido, el resistor representa la disipación de energía y, por otra parte, el capacitor representa la componente de almacenamiento de energía, en forma de carga eléctrica Q. En la figura 3 se presenta el circuito RC en serie. La ecuación diferencial que describe la respuesta eléctrica del arreglo de la figura 3 se describe en la ecuación 12, la cual fue deducida tomando en cuenta las leyes de Kirchoff y la corriente se define como : (12) Fig. 3. Representación esquemática de un circuito eléctrico equivalente RC en serie. Donde τe=RC es el tiempo respuesta del circuito, R es la resistencia eléctrica, y C es la capacitancia. La manifestación eléctrica de fenómenos de relajación corresponde a la solución de la ecuación diferencial 12 tomando en consideración condiciones a la frontera, donde el voltaje del circuito permanece constante V(t)=V0, y tomando en cuenta también que la corriente eléctrica en el circuito en el tiempo t=0 es I(t=0)=I0. La solución analítica calculada de esta ecuación 12 con las condiciones a la frontera anteriormente definidas, es la siguiente: (13) 26 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. La ecuación 13 describe como una primera aproximación la manifestación eléctrica de fenómenos de relajación. Para mejorar esta descripción, la ecuación diferencial 12 fue modificada utilizando la expresión matemática de la ecuación 7, de una manera análoga a cómo se llevó a cabo el análisis para el caso de la manifestación mecánica. Tomando en cuenta lo anterior la ecuación 12 se transformó en una ecuación diferencial fraccionaria: (14) Entonces, tomando en cuenta la propiedad 6 del teorema de la derivada conformable, para la ecuación 14 se reescribe como: (15) Esta ecuación es más fácil de resolver, ya que no es una ecuación diferencial de orden fraccionario. La solución analítica de la ecuación 15 bajo condiciones a la frontera de V(t)=V0, y tomando en cuenta también que la corriente eléctrica en el circuito en el tiempo t=0 es I(t=0)=I0 es la ecuación 16, esta ecuación describe la manifestación eléctrica de los fenómenos de relajación. (16) La ecuación 16 tiene la misma forma de la función empírica KWW donde el parámetro  es análogo al orden fraccionario α de la ecuación 15, que como se estableció anteriormente α se relaciona con la rapidez del fenómeno de relajación. Cuando α=1, se retoma el caso clásico de la solución del circuito RC, ecuación 13. En la figura 4 se presentan las curvas calculadas a partir de la ecuación 16 para diferentes valores de α. Se observa que a medida que decrece el valor de α, la corriente eléctrica decae más lentamente, por lo que la corriente en estado estable se alcanza en una menor cantidad de tiempo. Los parámetros α y τe se pueden obtener de manera práctica si se realiza el ajuste de la ecuación 16 a un conjunto de datos experimentales (l,t). Para ello, se linealiza la ecuación para obtener la forma Fig. 4. Variación de la ecuación 16 en función del parámetro . Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 27 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. Ley de enfriamiento de Newton En lo que respecta a la manifestación térmica de fenómenos de relajación, las diferencias de temperatura en cualquier situación cotidiana resultan en el flujo de energía hacia un sistema u objeto o desde un sistema al entorno. El primer caso conduce a un proceso de calentamiento, mientras que el segundo produce el enfriamiento de un objeto. Se suele considerar que el enfriamiento de los objetos se debe a tres mecanismos fundamentales: conducción, convección y radiación. Aunque estos mecanismos de transferencia de calor son diferentes entre sí, a menudo se encuentra una ley muy simple para su acción combinada que describe fenomenológicamente las curvas de enfriamiento de los objetos calientes, si las diferencias de temperatura son pequeñas. Esta ley, conocida como la ley de enfriamiento de Newton, se expresó originalmente de una manera que establece que la diferencia de temperatura entre un objeto y su entorno disminuye exponencialmente, si no hay calentamiento adicional involucrado.24, 25 Matemáticamente lo anterior se expresa a través de la siguiente ecuación diferencial lineal de primer orden: (17) Donde Θ es la temperatura en cualquier instante de tiempo t, Θm es la temperatura del medio ambiente y k es una constante llamada coeficiente de convección. La solución analítica de la ecuación diferencial 17 es la siguiente, tomando la condición inicial Θ(t=0)= Θ0: (18) Existe abundante evidencia en la literatura que demuestra que la ecuación 18 discrepa del comportamiento real en procesos de enfriamiento para una diversidad de materiales. Con la finalidad de aminorar estas diferencias entre resultados experimentales y lo que describe la ley de Newton de enfriamiento, se modificó la ecuación 17 transformándola en una ecuación diferencial fraccionaria, para tal efecto se tomó en cuenta que k tiene unidades inversas del tiempo, por lo que se puede establecer la siguiente expresión matemática: (19) Entonces, sustituyendo esta expresión en la ecuación 17, se obtiene la ecuación diferencial fraccional de orden α: (20) Tomando en cuenta la propiedad 6 del teorema de la derivada conformable, la ecuación 20 se reescribe como: (21) La solución de la ecuación anterior se obtiene de una manera más sencilla, en comparación con la solución analítica de la ecuación diferencial de orden fraccionario. Para ello, se utiliza el método de separación de variables, obteniendo la siguiente función: (22) Se observa en esta ecuación, que la función exponencial también toma forma de la función empírica KWW. En la ecuación 22 cuando α=1, se retoma el caso clásico de la ley de enfriamiento de Newton, ecuación 18. 28 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. Fig. 5. Variación de la ecuación 22 en función del parámetro . En la figura 5 se presenta el modelado de la ecuación 22 para diferentes valores de α. Se observa que a medida que decrece el valor de α, la temperatura del cuerpo o sistema decae más rápido, por lo que la temperatura final se alcanza en una menor cantidad de tiempo. Para llevar a cabo el ajuste de la ecuación 22 a un conjunto de datos experimentales (Θ, t), se linealiza dicha ecuación para obtener la forma En la actualidad, se han reportado una variedad de aplicaciones de la derivada conformable a diversos problemas de física e ingeniería, como lo es el caso de caída libre de cuerpos, modelado de circuitos eléctricos RL y RLC, estudios de difusión, modelos de crecimiento de la población mundial, modelado de concentración de alcohol en la sangre, entre otros.13, 15, 19, 26-28 Sin embargo, las aplicaciones prácticas aún son un área intensa de investigación, por lo que en futuros trabajos se buscará llevar a cabo la correlación entre los modelos matemáticos propuestos y resultados experimentales de fenómenos de relajación en materiales poliméricos. CONCLUSIONES En este trabajo se presentaron las ecuaciones diferenciales de primer orden para el modelo de Maxwell, el circuito eléctrico RC en serie y la ley de enfriamiento de Newton. Dichas ecuaciones describen el esfuerzo, la corriente y la temperatura en función del tiempo, respectivamente. A través del concepto de la derivada conformable se obtuvieron versiones de ecuaciones diferenciales fraccionarias para cada caso de estudio, y fue posible calcular soluciones analíticas en el dominio del tiempo, para dichas ecuaciones diferenciales de orden fraccionario planteadas para cada modelo. La variación del orden fraccional conformable 0 < α ≤ 1 mostró un descenso más pronunciado en la respuesta a medida que α disminuye, donde la respuesta se aproxima a soluciones del tipo KWW. El parámetro fraccionario α tiene un distinto signifcado físico para los tres fenómenos de relajación, aunque se trate del mismo material bajo estudio. El procedimiento mostrado en este trabajo es una alternativa importante para el cálculo de las soluciones analíticas de ecuaciones diferenciales de orden fraccionario. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 29 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. REFERENCIAS 1. Hilfer, R. Applications of Fractional Calculus in Physics. Universität Mainz & Universität Stuttgart, Germany, 2000. 2. Baleanu, D. New Trends in Nanotechnology and Fractional Calculus Applications. Springer, 2010. 3. Das, S. Kindergarten of Fractional Calculus. Cambridge Scholars Publishing, 2020. 4. Sánchez-Muñoz, J. M. Génesis y desarrollo del cálculo fraccional. Pensamiento Matemático, 1, 2011, 15 pp. 5. Reyes-Melo, M.E., González-González, V.A., Guerrero-Salazar, C.A., García-Cavazos, F., Ortiz-Méndez, U. Application of fractional calculus to the modeling of the complex rheological behavior of polymers: From the glass transition to flow behavior. I. The theoretical model. Journal of Applied Polymer Science, 108, 2008, 731-737. 6. Buesaquillo-Gómez V.G., Pérez-Riascos A., Rugeles-Pérez A. Cálculo fraccional. Revista de Ciencias, 4 (1), 2014, 16 pp. 7. Capelas-de Oliveira, E., Tenreiro-Machado, J.A. A review of definitions for fractional derivatives and integral. Mathematical Problems in Engineering, 2014, 6 pp. 8. Sales-Teodoro, G., Tenreiro-Machado J.A., Capelas-de Oliveira, E. A review of definitions of fractional derivatives and other operators. Journal of Computational Physics, 388, 2019, 195-208. 9. Caputo, M., Fabrizio, M. A new definition of fractional derivative without singular kernel. Progress in Fractional Differentiation and Applications, 1 (2), 2015, pp. 1-13. 10. Atangana A., Baleanu D. New fractional derivatives with nonlocal and non-singular kernel: theory and application to heat transfer model. arXiv:1602.03408, 2016. 11. Shukla, A.K., Prajapati, J.C. On a generalization of Mittag-Leffler function and its properties. Journal of Mathematical Analysis and Applications, 336, 2007, 797-811. 12. Khalil, R., Al Horani, M., Yousef, A., Sababheh, M. A new definition of fractional derivative. Journal of Computational and Applied Mathematics, 264, 2014, 65-70. 13. Martínez, L., Rosales, J.J., Carreño, C.A., Lozano, J.M. Electrical circuits described by fractional conformable derivative. International Journal of Circuit Theory and Applications, 2018, 1-10. 14. Abdeljawad, T. On conformable fractional calculus. Journal of Computational and Applied Mathematics, 279, 2015, 57-66. 15. Chung, W.S. Fractional Newton mechanics with conformable fractional derivative. Journal of Computational and Applied Mathematics, 290, 2015, 150-158. 16. Xua, H., Jiang, X. Creep constitutive models for viscoelastic materials based on fractional derivatives. Computers and Mathematics with Applications, 73, 2017, 1377-1384. 30 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �La derivada conformable y sus aplicaciones en ingeniería / Jesús Gabino Puente-Córdova, et al. 17.Hristov, J. Response functions in linear viscoelastic constitutive equations and related fractional operators. Mathematical Modelling of Natural Phenomena, 14, 2019, 34 pp. 18.Gómez-Aguilar, J.F., Razo-Hernández, R., Granados-Lieberman, D. A physical interpretation of fractional calculus in observables terms: analysis of the fractional time constant and the transitory response. Revista Mexicana de Física, 60, 2014, 32-38. 19.Rosales-García, J., Andrade-Lucio, J.A., Shulika, O. Conformable derivative applied to experimental Newton’s law of cooling. Revista Mexicana de Física, 66 (2), 2020, 224-227. 20.Alvarez, F., Alegria, A., Colmenero, J. Relationship between the time-domain Kohlrausch-Williams-Watts and frequency-domain Havriliak-Negami relaxation functions. Physical Review B, 44, 7306, 1991. 21.Lukichev, A. Physical meaning of the stretched exponential Kohlrausch function. Physics Letters A, 383 (24), 2019, 2983-2987. 22.Das-Gupta, D.K. Polyethylene: Structure, morphology, molecular motion and dielectric property behavior. IEEE Electrical Insulation Magazine, 10 (3), 1994, 5-15. 23.Frank, A. Dielectric characterization. TA Instruments USA, APN032, 2012, 10 pp. 24.Ortega, A., Rosales, J.J. Newton’s law of cooling with fractional conformable derivative. Revista Mexicana de Física, 64, 2018, 172-175. 25.Mondol, A., Gupta, R., Das, S., Dutta, T. An insight into Newton’s cooling law using fractional calculus. Journal of Applied Physics, 123, 06490, 2018, 9 pp. 26.Ebaid, A., Masaedeh, B., El-Zahar, E. A New fractional model for the falling body problem. Chinese Physics Letters, 34 (2), 2017, 3 pp. 27.Abdelhakim, A.A., Tenreiro-Machado, J.A. A critical analysis of the conformable derivative. Nonlinear Dynamics, 95, 2019, 3063-3073. 28.Anderson, D.R., Camrud, E., Ulness, D.J. On the nature of the conformable derivative and its applications to physics. Journal of Fractional Calculus and Applications, 10 (2), 2019, 92-135. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 31 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt Virgilio A. González González, Manuel González Ábrego, Alejandro Benavides Treviño, Marco A. Garza Navarro, Carlos A. Guerrero Salazar Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología virgilio.gonzalezgnz@uanl.edu.mx RESUMEN Además de hacer por primera vez un análisis de las formas isoméricas posibles en los polímeros Claisen-Scmidt, se desarrolló una rutina en un software comercial con el cual fue posible asignar con precisión las bandas de FTIR de polímeros con variaciones de isomería química, estructural y estereoisoméricas, así como plantear el posible tipo de interacciones que se dan entre los polímeros y las nanopartículas de magnetita y ferrita de cobalto. El análisis se hizo en más de 20 polímeros y nanocompósitos, lo que sienta las bases para reconocer, ante una muestra desconocida, el tipo de polímero y su composición. Utilizando además otras técnicas como GPC, NMR y XPS, se pudo definir con exactitud las interacciones nanopartícula - polímero. PALABRAS CLAVE Polímeros conjugados, Claisen-Schmidt, FTIR. ABSTRACT In addition to making (for the first time), an analysis of the possible isomeric forms in Claisen-Scmidt polymers, a routine was developed in commercial software with which it was possible to precisely assign the FTIR bands of polymers with variations in chemical, structural isomerism and stereoisomers, as well as to raise the possible type of interactions that occur between the polymers and the magnetite and cobalt ferrite nanoparticles. The analysis was carried out on more than 20 polymers and nanocomposites, which lays the foundations to recognize, when faced with an unknown sample, the type of polymer and its composition. Using other techniques such as GPC, NMR and XPS, the nanoparticle-polymer interactions could be precisely defined. KEYWORDS Conjugated polymers, Claisen-Schmidt, FTIR. INTRODUCCIÓN La reacción de la condensación aldólica para la síntesis de polímeros semiconductores data de 1987 cuando se sintetizaron tres materiales (figura 1) por condensación de tereftalaldehído consigo mismo [I], con acetona [II] y con urea (III). El carácter altamente insoluble de los materiales sintetizados imposibilitó la 32 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 1. Primeros “polímeros” aldólicos sintetizados.1,2 determinación de sus pesos moleculares.1 EL polímero I llamado poli-benzoina ya se había sintetizado desde el año 1955,2 sin embargo no se contemplaba como semiconductor ni se reportó su estructura, solo se menciona su insolubilidad, Posteriormente, aunque se utilizó la condensación aldólica para la obtención de polímeros estos tenían miras a otras propiedades diferentes a las optoelectrónicas,3,4 en el 2017 se reportó la síntesis de un polímero Claisen-Schmidt (pCS) entre 2,5-diformilfurano con acetona5 que igualmente resultó altamente insoluble y cuyo grado de polimerización se estimó mediante espectroscopía de resonancia del electrón, el cual no es un método completamente probado en esta determinación. En el año 2007, nuestro grupo de investigación reportó la síntesis de oligómeros con bajos grados de polimerización, (Xn = 3.8), solubles y semiconductores, producto de la condensación Claisen-Scmidt (cCS) de 2,5-bis(octiloxi)-tereftalaldehído con acetona.6 Posteriormente se reportaron polímeros de condensación aldólica altamente solubles, de altos pesos moleculares y semiconductores, al reaccionar dialdehídos aromáticos con 2-cetonas de diversas longitudes de cadena hidrocarbonada.6-13 A la fecha, se han desarrollado más de 7 diferentes familias de pCS, con variaciones estructurales producto de la modificación los reactivos iniciales (Dialdehído/2-cetona) o por modificaciones subsecuentes de los polímeros resultantes. Uno de los polímeros sintetizados se ha utilizado en la preparación de nanocompósitos con ferritas de Fe y Co. De las 7 familias de pCS desarrolladas, se cuenta con 13 polímeros con variaciones estructurales y 12 nanocompósitos con variaciones en la composición de nanopartículas de magnetita denominados FeSMON y con nanopartículas de ferrita de cobalto denominados CoSMON. Dado que, a nuestro conocimiento, no existe un análisis de isomería química, estructural y estereoisomería de los polímeros sintetizados, se realizará un análisis de espectroscopía de infrarrojo (FTIR), con la intención de proponer las posibles interacciones polímero-nanopartículas en los compósitos. POLICONDENSACIÓN CLAISEN-SCHMIDT E ISOMERISMO En la figura 2 se presenta en forma sucinta el mecanismo de reacción partiendo de los compuestos bifuncionales 2-cetona (IV) y tereftalaldehído (V) en medio alcalino. Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 33 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 2. Reacción CS entre una 2-cetona (IV) y terftalaldehído (V) para dar una βhidroxicetona (VI) y su posterior deshidratación para dar cetonas α-β insaturada (VII a y VII b), y productos de subsecuentes condensaciones (VIII, IXa y IXb). α1 y α2: carbonos alfa al carbonilo de la 2-cetona. Primero se extrae un protón de un carbono α del carbonilo de la cetona y el anión resultante produce un ataque nucleofílico a uno de los carbonilos del tereftalaldehído para formar un nuevo anión que se hidrata para formar un βhidroxicetona (VI); en seguida, en medio ácido, el compuesto VI se deshidrata para formar una cetona α-β insaturada, dependiendo del hidrógeno extraído (protón sobre CH3 “α1” o R-CH2 “α2”) resultan dos isómeros estructurales (VIIa y VIIb). Al reaccionar cualquiera de estos dos isómeros con otro tereftalaldehído produce solo un isómero estructural (VIII), mientras que de la reacción entre VIIa y VIIb resultan dos isómeros estructurales (IXa y IXb) cuya diferencia es la distancia entre los radicales alquílicos R en la cadena principal, esta isomería recuerda a la isomería cabeza-cabeza, cola-cola del poli-cloruro de vinilo. Si analizamos los posibles estereoisómeros del compuesto 4-[2-metil-3-oxobut1-en-1-il]benzaldehído (VIIa en figura 2), utilizándolo como modelo de la primera condensación, encontraremos un número grande de posibles estereoisómeros, en primera instancia la isomería zusammen-entgegen (Z/E) del doble enlace vecino al anillo aromático, así tenemos las estructuras a-d mostradas en la figura 3 como estereoisómeros del 4-[(1E)-2-metil-3-oxobut-1-en-1-il]benzaldehído, mientras que las dos estructuras de la derecha (3e y 3f) corresponden estereoisómeros del 4-[(1Z)-2-metil-3-oxobut-1-en-1-il]benzaldehído; la diferencia entre 3e y 3f es la dirección del carbonilo respecto al doble enlace, que por ser parte del orbital π deslocalizado a través de toda la molécula, han de considerarse estereoisómeros, lo mismo aplica para las estructuras 3a y 3b así como para las estructuras 3c y 3d. Además, la diferencia entre las estructuras 3a y 3c, y 3b y 3d, es la orientación del doble enlace respecto al radical 4-formilfenil; un ejercicio de tratar de sobreponer alguna de las estructuras 3a a 3d utilizando el software ArgusLab,14 habiendo optimizado geometrías mediante el método parametrizado PM3, mostró que las 6 estructuras son diferentes. 34 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 3. Los 6 estereoisómeros de la 4-[2-metil-3-oxobut-1-en-1-il]benzaldehído: a-d: entgegen, e y f: zusammen. De lo expuesto en el párrafo anterior, considerando la isomería estructural planteada en la figura 3 y las reacciones de condensación subsecuentes hasta la formación de un oligómero o polímero, podemos decir que una molécula de un pCS puede tener un gran número de configuraciones debido a la isomería estructural y a la estereoisomería. Se debe considerar también que cuando hay unidades estructurales terminales provenientes de la 2-cetona, el equilibrio cetoenólico produce un isómero químico producto de la tautomería (figura 4). Fig. 4. El equilibrio ceto-enólico. Es posible establecer los isómeros favorecidos a partir de la estabilidad y geometría de los intermediarios de reacción, por ejemplo la estabilidad de los carboaniones en el primer paso de la condensación es: favoreciendo la extracción del hidrógeno α1 de la estructura IV (figura 2). Los isómeros E debido al efecto estérico son más estables que los Z, aunque todos los isómeros son posibles variando solo la población de cada uno de ellos. Así, los polímeros aquí analizados se pueden representar por la fórmula estructural de la figura 5, aunque recordando las isomerías estructurales y estereoisomerias planteadas en los párrafos anteriores. Los nombres de estos polímeros se establecen de acuerdo a los monómeros de que provienen, esto es: poli-(tereftalaldehido – metil alquil cetona). Fig. 5. Unidad repetitiva de los pCS sintetizados, cada color indica cada unidad estructural. Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 35 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. METODOLOGÍA Materiales Los pCS preparados mediante los procedimientos reportados previamente,12,13 se identifican con el siguiente formato: “cTXX”, donde “c” indica la isomería del dialdehído aromático, (o: orto, m: meta y p: para), T no cambia y XX es un número que indica el número de carbonos de la 2-cetona utilizada, así por ejemplo el polímero resultado de la reacción Claisen-Schmidt del isoftalaldehído con la 2-undecanona se representa como oT11, en el caso de haber usado ciclohexanona la abreviatura será pTC6. Por su parte los compósitos de nanopartículas de ferritas de Fe, Co se elaboraron exclusivamente con el polímero pT11’ y se hicieron en concentraciones de las ferritas de 0.01, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5 y 1.0 %w/w, estos se representan como: MmSMONxx, donde “Mm” es el elemento metálico en la ferrita (Fe o Co) y xx es el contenido de nanopartículas de la ferrita (% w/w) multiplicada por 10. El polímero pT11 se preparó partiendo de un exceso de 2-undecanona respecto al dialdehído12 y el polímero pT11’ con cantidades estequiométricas.13 En la tabla I se presentan los pCS utilizados en este trabajo. Tabla I. Identificación de polímeros de acuerdo l los di-aldehidos y cetonas precursores. INSTRUMENTACIÓN Y PROCEDIMIENTOS En general, a menos que se especifique otra referencia, el análisis de las posiciones de las bandas y sus características se utilizó el libro “Spectrometric Identification of Organic Compounds”15 Todos los espectros de infrarojo se obtuvieron en pastilla de KBr en el intervalo de con una resolución de 4 cm-1 utilizando un espectrofotómetro Nicolet 6700 FT-IR de Thermo Scientific. En todos los casos se partió de los datos crudos, realizando la corrección general de la línea base, normalizando siempre a la banda asignada al carbonilo cetónico y, en el caso de los espectros de las ferritas puras, se normalizó a la banda más representativa de estiramiento metal-oxígeno. Para mejor apreciación, los espectros se presentan en dos regiones: una de y la otra de 36 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Efecto de la tautomería En la figura 6 se muestran los espectros del producto obtenido a partir de: a) igual número de moles de tereftalaldehído y 2-undecanona (pT11´) y b) con un exceso de 2-undecanona, las asignaciones con sus absorbancias respectivas se reportan en la tabla II. A reserva del análisis del comportamiento de las bandas asignadas con las variables de isomería orto-meta-para y longitud de cadena lateral, observamos que la banda correspondiente al estiramiento de los grupos hidroxilo, prácticamente desaparece en la muestra pT11´ en relación a la muestra con exceso de la cetona (pT11), esto se puede explicar por la presencia de una mayor cantidad de unidades estructurales terminales de la 2-cetona en la muestra pT11, lo que conlleva a un número mayor de hidrógenos α a carbonilos en esta muestra, y por ende más grupos terminales presentando el equilibrio ceto-enólico (figura 4), es decir más grupos terminales con hidroxilos. Fig. 6. Espectros FTIR de pT11 sintetizado con relación molar de dialdehído/2-undecanona de: a) 1/1.1 (pT11) y 1/1 (PT11’). Tabla II. Asignaciones con absorbancias de las bandas FTIR de pT11´ (cantidades estequiométricas de reactivos) y pT11 con exceso de 2-undecanona. Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 37 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. La única otra diferencia entre estos espectros es que en la muestra pT11´alcanza a diferenciarse como hombro la banda correspondiente al estiramiento simétrico C-H de los metilos, la cual está completamente sobrelapada con la banda de los grupos metileno, en la muestra pT11. Ambas muestras presentan todas las bandas relativas a metilos, metilenos, dobles enlaces trans y tri-substituidos y anillos aromáticos con dos sustituyentes en posición para, tanto en la región de grupos funcionales como en la de huellas digitales ISOMERÍA ORTO, META Y PARA La figura 7 muestra estructuras con 3 unidades repetitivas del dialdehído y 2 de cetona, para los pCS obtenidos a partir de la 2-butanona (o, m o pT04) y de la 2-dodecanona (o, m o pT12), en ellas se puede apreciar que, además de la posición de los sustituyentes sobre el anillo aromático y la longitud de cadena de R, hay un impedimento estérico que dificulta la polimerización en los isómeros orto y meta. Fig. 7. pCS con 3 unidades estructurales de un dialdehído y 2 unidades estructurales de 2-cetona: a) ftaladehído/2-cetona, b) isoftalaldehído/2-cetona y c) tereftalaldehído/2cetona. Al observar los espectros de las muestras en que se utilizaron los isómeros orto, meta y para con exceso de la 2-cetona, (figuras 8 y 9, tabla III), apreciamos en la figura 8 como diferencias principales las bandas de balanceo fuera de plano de los hidrógenos del anillo aromático, coincidiendo con las señales respectivas a orto, meta y para “δop, Ar-H; ~750 cm-1, ~795 y 698 cm-1 y ~827 cm-1 respectivamente”, solo los polímeros orto presentan la banda característica de estiramiento de carbonilo de un aldehído “νs, RHC=O; ~1763 cm-1”, indicando que hay muchas más unidades estructurales terminales adehídicas a pesar del exceso de las 2-cetonas, un indicativo de que probablemente el impedimento estérico evitó la condensación de nuevas unidades de 2-cetona. De la figura 9 se observa que las señales de estiramiento de metilos y metilenos (2852 cm-1< <2972 cm-1) son de muy reducida intensidad para los polímeros oT04, mT04 y pT04 en relación a los polímeros oT12, mT12 y pT12, no presentando la banda “vs, CH3; ~2873 cm-1” en los pCS obtenidos con 2-undecanona, seguramente por sobrelapamiento con la banda “νs, CH2; ~2926 cm-1”, banda que, como era de esperarse, no se presenta en los polímeros de la 2-butanona. Por último, las señales de los grupos hidroxilo “ν, O-H; >3400 cm-1” son de menor frecuencia (o número de onda) en los isómeros orto, indicando puentes hidrógeno de mayor energía, igualmente se puede responsabilizar al efecto estérico, pero además a un bajo grado de polimerización alcanzado debido a la pobre solubilidad cuando las cadenas laterales son solo un grupo metilo. 38 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 8. Espectros FTIR en la región de 400 a 2000 cm-1 de los pCS derivados de los isómeros orto, meta y para del dialdehído aromático, teniendo como segundo monómero ya sea 2-butanona o 2-dodecanona. Fig. 9. Espectros FTIR en la región de 2500 a 4000 cm-1 de los pCS derivados de los isómeros orto, meta y para del dialdehído aromático, teniendo como segundo monómero ya sea 2-butanona o 2-dodecanona. Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 39 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Tabla III. Principales señales que sufren cambios de los pCS obtenidos a partir de: orto, meta o para dibenzaldeído y de las cetonas 2-butanona y 2-dodecanona. LONGITUD DE CADENA LATERAL En las figuras 10 y 11 se muestran los espectros FTIR de las muestras pT03, pT04, pT06, pT08, pT11 y pT12, las asignaciones y absorbancias normalizadas se reportan en la tabla IV. Como se puede apreciar, todas las bandas características de metilos, metilenos, dobles enlaces, anillo aromático y carbonilo se presentan en los espectros, a excepción de los estiramientos de los metilos “νs, CH 3; ~2896 cm-1” en los pCS obtenidos con cetonas de 4 o más átomos de carbono por sobrelapamiento con la banda “νs, CH2; ~2867 cm-1”; igualmente, la banda “νas, CH3; ~2956 cm-1” inicia como una señal débil en la muestra pT03 y al incrementar la longitud de la cadena principal se convierte en hombro de la banda “νas, CH2; ~2927 cm-1”. Por supuesto esto se explica simplemente por el incremento de grupos metileno con el tamaño de la 2-cetona. La banda de estiramiento “ν, C=C-H; ~3053 cm-1”, aunque parece estar presente en todos los polímeros, solo queda bien definida en pT04 (figura 10). Como era de esperarse, ninguna banda correspondiente al grupo metileno se presentan el polímero pT03 y la intensidad de todas las bandas correspondientes a este grupo (CH2) incrementa conforme aumenta el tamaño de la cadena lateral (figura 11); en particular se ha reportado que la banda de torsión “ρ, CH2; ~721 cm-1” solo es observable en secuencias iguales o mayores a 7 metilenos, en este trabajo se observa desde los 2 metilenos contiguos (muestra pT06) e incrementa de intensidad con la longitud de cadena lateral. Las bandas de estiramiento de los dobles enlaces “ν, C=C; 1649≤ ≤1660 cm1 ”, aunadas a las de balanceo fuera del plano C=C-H “δop, C=C-H; ~980 cm-1” indican que los dobles enlaces son de isomería trans (E disustituidas), aunque se puede observar alrededor de ~890 cm-1 una señal débil que se puede asignar al balanceo C=C-H de dobles enlaces tri sustituidos (E tri sustituidos). 40 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 10. Espectros FTIR en la región 2500-4000 cm-1 de los pCS obtenidos entre el tereftalaldehído y 2-cetonas de diferente longitud de cadena. Fig. 11. Espectros FTIR en la región 400-2000 cm-1 de los pCS obtenidos entre el tereftalaldehído y 2-cetonas de diferente longitud de cadena. Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 41 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. La única banda que se mueve claramente de posición hacia menores números de onda (mayor energía) al aumentar el número de carbonos de la cetona es la de estiramientos: ν, O-H. Ya que no hay bandas que se muevan hacia posiciones de menor energía, se puede suponer que los puentes hidrógeno se forman intermolecularmente entre hidroxilos terminales, no con grupos carbonilo o de otra índole. En la figura 12 se muestra la variación de la razón entre la absorbancia de la señal de cada muestra entre la absorbancia máxima para esa señal en los diferentes pCS (A’, ecuación 2), es decir la variación de A’ con el número de carbonos (Nc) que solo puede tomar valores entre 0 y 1. En la figura 12a se muestra las señales νas, CH3, νas, CH2, νs, CH2 y ρ, CH2, las cuales muestran una clara tendencia a incrementar con Nc. Esta tendencia es de nuevo explicable por el incremento del número de metilenos al incrementar Nc, mientras que en el caso de la banda de estiramiento asimétrico “νas, CH3; ~2956 cm-1” el incremento de intensidad debe ser causado por la contribución por sobrelapamiento de la banda “νas, CH2; ~2927 cm-1”. Todas las demás señales (figura 12b) presentan un decremento en la intensidad para Nc ≤3, es decir para los pCS: pT03, pT04 y pT06, para después permanecer constantes. Este comportamiento debe estar relacionado a que el incremento de solubilidad con Nc, produce mayores grados de polimerización durante la síntesis,12 lo que impacta principalmente en las muestras menos solubles (Solubilidad: pT03 << pT04 << pT06 < pT08 < pT11 < pT12).13 NANOCOMPÓSITOS PT11’/FERRITAS Nanocompósitos con Magnetita (FeSMON). Los espectros FTIR de los nanocompósitos con Fe3O4 en el polímero pT11’, obtenido con cantidades estequiométricas de dialdehído y 2-undecanona, se muestran en la figura 13. Se puede observar que la magnetita pura (FeSMON 100 %w/w) presenta cuatro bandas, dos de ellas muy débiles asignadas al estiramiento y balanceo del grupo O-H (“ν, O-H; ~3406 cm-1” y “δ, O-H; ~3406 cm-1”) y otras dos a 621 cm-1 y 546 cm-1 asociadas a torsión y estiramientos del Fe-O en el cristal,16,17 aunque también se han reportado bandas de estiramiento a “ν, FeO; ~400 cm-1”.18 Ante las diferencias en asignación de las bandas observadas a ~620 cm-1, ~565 cm-1 y en el caso de los nanocompósitos a ~420 cm-1. En general, debido a los límites del equipo FTIR en cuanto a bajos números de onda, que hacen difícil diferenciar bandas relacionadas a enlaces Fe-O donde el Fe está en posiciones octaédricas y tetraédricas, ambas bandas se asignaron como de estiramiento del Fe-O sin distinguir la posiciones de los Fe en la celda unidad. Todas las bandas relativas al polímero (FeSMON 0% w/w) son constantes en posición e intensidad a excepción de las bandas “ν, C=C-H; ~3053 cm-1” que no se presenta en los nanocompósitos y la banda “νs, CH3; ~2896 cm-1” que está sobrelapada con la banda “νs, CH2; ~2850 cm-1”. En la tabla V se reportan las posiciones y absorbancias máximas de las bandas de estiramiento O-H y Fe-O. 42 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Tabla IV. Asignación de señales a pCS sintetizado con tereftalaldehído y 2-cetonas con longitudes de cadena, entre 0 y 12. Fig. 12. Efecto del número de carbonos (Nc) en la cadena lateral de los pCS, sobre la intensidad de las señales FTIR. La banda de estiramiento O-H, situada en “ν, O-H; ~3407 cm-1”, es casi imperceptible en la magnetita y el polímero puro. Esta misma banda sufre un corrimiento bastante pronunciado hacia mayores v para todos los nanocompósitos, situándose en una posición “ν, O-H; ~3724 cm-1”, indicando una menor energía de enlace. Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 43 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 13. Espectros FTIR de la magnetita y siete nanocompósitos con diferentes contenidos de magnetita, en las gráficas se indica la concentración de FeSMON en % w/w. Por su parte, las bandas correspondientes a las vibraciones Fe-O en la magnetita son dos, una a “ν, Fe-O (1); ~623 cm-1” y “ν, Fe-O (2); ~548 cm-1”, la banda a 621 cm-1 no es apreciable en contenidos de FeSMON menores a 0.1 % w/w, la banda Fe-O (2) es detectable en todo el rango de composición y en los compósitos es posible detectar una tercer banda “Fe-O (3)” aproximadamente ~426 cm-1, las tres bandas Fe-O son constantes en cuanto a posición y su intensidad incrementa con el contenido de FeSMON (figura 14). El comportamiento antes descrito indica que en los nanocompósitos con FeSMON se dan interacciones entre pT11’ y la superficie de las nanopartículas, formándose interacciones tipo puente hidrógeno con el polímero, resultando así en las bandas ν, O-H a 3725 cm-1 y la modificación de la estructura de bandas correspondientes a ν, Fe-O (1), Fe-O (2) y Fe-O (3), las cuales consistentemente incrementan en intensidad con el contenido de FeSMON. Tabla V. Posiciones y absorbancias de las bandas de estiramiento O-H y Fe-O en los nanocompósitos FeSMON. NANOCOMPÓSITOS CON FERRITA DE COBALTO (COSMON) En la figura 15 se muestran los espectros FTIR de los nanocompósitos CoSMON que, a diferencia de los obtenidos con la magnetita, presentan claramente una banda de estiramiento del carbonilo aldehídico en “ν, RHC=O; ~1742 cm -1 ” para composiciones mayores a 0.05%w/w. 44 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 14. Efecto de la concentración de FeSMON en las bandas de vibraciones Fe-O en nanocompósitos pT11’/FeSMON. Fig. 15. Espectros FTIR de la ferrita de cobalto y siete nanocompósitos con diferentes contenidos de ferrita; en las gráficas se indica la concentración de CoSMON en %w/w. Para la ferrita de cobalto pura, se observan dos bandas relacionadas a los estiramientos metal – oxígeno, la correspondiente a los sitios tetraédricos “ν, MOT; 522≤ ≤532 cm-1” y aquella de los sitios octaédricos “ν, M-OO; 408≤ ≤412 cm-1”.19-20 Otros autores asignan la banda de menor frecuencia a las vibraciones en sitios tetraédricos y la banda a 322-532 cm-1 a los sitios octaédricos.21 En nuestros espectros, las CoSMON presentan una banda débil y ancha a 604 -1 cm que no es detectable en ningún nanocompósito, y otra a 424 cm-1, que en los nanocompósitos parece dividirse en dos, una a 413-420 cm -1 que llamaremos ν, M-O (1) y otra a 442-457 cm-1, que llamaremos ν, M-O (2). La presencia en los nanocompósitos de la banda “ν, RHC=O; ~1742 cm-1”, podría ser indicativo de alguna modificación de modos rotacionales que cambien ligeramente la forma de la banda del carbonilo de las cetonas a 1700 cm-1, aunque habría que hacer más experimentación para afirmarlo. la absorbancia de la banda ν, O-H incrementa con el contenido de CoSMON (figura 16). Por su parte, las bandas adjudicadas a las nanopartículas (M-O (1) y M-O (2)) son constantes en posición, incrementando la absorbancia con la concentración de CoSMON (figura 17). Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 45 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Estas observaciones indican de nuevo que las bandas adjudicadas a la ferrita están correctamente asignadas (tabla VI) y que las interacciones CoSMON-pCS son del tipo puente hidrógeno. Tabla VI. Posiciones y absorbancias de las bandas de estiramiento O-H y Fe-O en los nanocompósitos CoSMON. CONCLUSIONES Además del análisis de isomería de los polímeros Claisen-Schmidt, utilizando la rutina en un software comercial desarrollada, fue posible hacer una asignación muy precisa de la gran mayoría de las bandas FTIR de los polímeros Claisen-Schmidt (metilos, metilenos, aromáticos, carbonilos y dobles enlaces, y de sus mezclas con nanopartículas de dos ferritas (magnetita y ferrita de cobalto), detectando diferencias isoméricas: químicas (equilibrio ceto-enólico), estructurales (en cuanto unidades estructurales terminales) y estereoisoméricas E/Z y orto-meta-para), así como identificar como posible interacción específica ferrita-polímero, una del tipo puente hidrógeno con la superficie de las nanopartículas. Fig. 16. Efecto de la concentración de CoSMON en la absorbancia de la banda de estiramiento O-H. 46 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. Fig. 17. Efecto de la concentración de CoSMON en la intensidad de las señales M-O (1) y M-O (2). Una investigación más detallada que incluyera otras técnicas como cromatografía de permeación en gel (GPC), resonancia magnético nuclear (NMR) y espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS), podría acabar de elucidar las interacciones nanopartículas-polímero, cuantificar la cantidad de ferritas y diferenciar con precisión la longitud de cadena lateral en el polímero. BIBLIOGRAFÍA 1. Takase Y; Tanaka H; Wang T. T; Cais R. E; Kometani J. M, “Synthesis of Conductive Polymers. Lewis Acid Doping of Terephthalaldehyde Polymers”, Macromolecules, 20, 2320-2322, (1987). 2. Jones J. I; Tinker P. B, “The benzoin reaction with terephthalaldehyde”, J. Chem. Soc., 1286-1287, (1955). 3. Komura K; Itsuno S; Ito K, “Aldol polymerization as a novel polyaddition based on Mukaiyama aldol reaction and its application to the synthesis of optically active polymer”, Chem. Commun., 35-36, (1999). 4. Komura K; Nishitani N; Itsuno S, “A Novel Approach to the Synthesis of Optically Active Poly(β-hydroxy carbonyl)s by Aldol Polymerization Based on Mukaiyama Aldol Reaction”, Polymer Journal, 31, 1045–1050, (1999). 5. Tarabanko M; Tarabanko V; Chernyak M; Kondrasenko A, “Synthesis of a Polyconjugated Polymer by Aldol Condensation of 2,5-Diformylfuran and Acetone”, Journal of Siberian Federal University. Chemistry 4 (2017 10) 452-464. 6. González V. A; Cabriales R C; Moggio I; Arias E, “ß-Aldol Condensation as a new Synthetic Approach for the Preparation of Luminescent Oligomers”, Polymer Bull., 58(4), 627-634, (2007). Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 47 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. 7. Martínez Ruiz A. E, “Síntesis y Caracterización de Nuevos Polímeros Conjugados Vía Condensación Aldólica y Songashira – Hek. Desarrollo de Dispositivos Electroluminiscentes”, MSc Thesis , Universidad Autónoma de Nuevo León (2007) 8. Esquivel-González R, “Síntesis de Polímeros Luminiscentes y su Aplicación en la Construcción de OLED’s”, MSc. Thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León (2009) 9. García-Hernández V. “Estudio del efecto de sustituyentes laterales tipo éster y éter en las energías de excitación de oligómeros conjugados por medio de la teoría del funcional de la densidad”, Dr. Thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León, (2010) 10. Cabriales-Gómez R. C, “Elaboración y Caracterización Optoelectrónica de Películas Delgadas de Polímero Semiconductor”, Dr. Thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León, (2013) 11. Esquivel-González R, “Obtención de Oligómeros y Polímeros Electroluminiscentes Vía Reacciones de Claisen-Schmidt Y Wittig”, Dr. Thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León, (2013) 12. González Ábrego Manuel E, “Síntesis y modificación de Polímeros y Oligómeros Mediante la Reacción de Claisen-Scmidt”, Dr. Thesis, Universidad Autónoma de nuevo Léon, Defensa en trámite. 13. Benavides Treviño A, “Síntesis de Nanocompósitos Bifuncionales MagnéticoLuminiscentes, Basados en Ferritas en Una Matriz de Polímero ClaisenScmidt”. Dr. Thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León, Defensa en trámite 14. Thompson Mark, ”ArgusLab”, free software, http://www.arguslab.com/ arguslab.com/ArgusLab.html 15. Silverstein R. M; Webster F. X; Kiemle D.J, “Spectrometric Identification of Organic Compounds”, Editorial John Wiley &Sons Inc., Séptima edición, Danver M.A., USA, (2005) 16. Patrikiadou E; Patrikidou A; Hatzidaki E; PapandreouD. N; Zaspalis V; Nalbandian L, “Magnetic nanoparticles in Medical Diagnostic applications. Synthesis, characterization, functionalization and proteins conjugation”, Current Nanoscience, 12(4), 455-468, (2016). 17. Atta A. M; El-Mahdy G. A; Al-Lohedan H. A; El-Saeed A. M, “Preparation and Application of Crosslinked Poly(sodium acrylate)-Coated Magnetite Nanoparticles as Corrosion Inhibitors for Carbon Steel Alloy”, Molecules, 20, 1244-1261, (2015). 18. StoiaM; Istratie R; Pa˘curariu C, “Investigation of magnetite nanoparticles stability in air by thermal analysis and FTIR spectroscopy”, J Therm Anal Calorim, 125, 1185–1198, (2016). 19. Nguyen Thi To Loan N. Q; Nguyen Thi Hien Lan; Nguyen Thi Thuy Hang; Nguyen Quang Hai; Duong Thi Tu Anh; Vu Thi Hau; Lam Van Tan; Thuan Van Tran, “CoFe2O4 Nanomaterials: Eect of Annealing Temperature on Characterization, Magnetic, Photocatalytic, and Photo-Fenton Properties”, Processes, 7, 885, (2019). 48 Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Análisis FTIR sistemático de polímeros de Claisen-Schmidt / Virgilio A. González González, et al. 20.Kalam, A; Al-Sehemi A. G; Assiri M; Du G; Ahmad T; Ahmad I; Pannipara M, “Modified solvothermal synthesis of cobalt ferrite (CoFe2O4) magnetic nanoparticles photocatalysts for degradation of methylene blue with H2O2/ visible light”. Results Phys., 8, 1046–1053, (2018). 21.Vinosha P. A; Mary G. I. N; Mahalakshmi K; Mely1 L. A; Das S. J, “Study on Cobalt Ferrite Nanoparticles Synthesized by Co-Precipitation Technique for Photo-Fenton Application26”,M.M.S.E, 9 (1), (2017). Ingenierías, Julio-Septimbre 2020, Vol. XXIII, No. 88 49 �Colaboradores Aguilar Garib, Juan Antonio Profesor Titular de la FIME-UANL. Ingeniero Mecánico y Maestro en Metalurgia por el Instituto Tecnológico de Saltillo. Doctorado en Ingeniería de Materiales por la UANL (1991). Premio de Investigación UANL en 1991, 2001, 2003 y 2012. Premio TECNOS en el 2000. Reconocimiento al Mérito Académico ANFEI 2017, miembro del SNI nivel I y de la Academia Mexicana de Ciencias. Benavides Treviño Alejandro Ingeniero Mecánico Administrador por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL (2011), Maestría en Ciencias de la Ingeniería con Especialidad en Materiales por FIME-UANL (2014). Desde el 2017 hasta la actualidad Profesor en el Centro de Bachillerato Tecnológico Industrial y de Servicios No. 22. Bradley, David L. Doctorado en ingeniería mecánica de la Universidad Católica de América. Su carrera de trabajo incluye la investigación apoyada por la Marina de los Estados Unidos; Dirección de Laboratorio en el Centro de Investigación Submarina de la OTAN, La Spezia, Italia; y actividad investigadora/académica en el Laboratorio de Investigación Aplicada de la Universidad Estatal de Pensilvania. Profesor de Acústica, es financiado por la Oficina de Investigación Naval. Ha servido en los paneles de revisión para la Academia Nacional de Ciencias y ha sido el editor de la U.S. Navy Journal of Underwater Acoustics desde 2011. Miembro de la Sociedad Acústica de América, ha presidido comités de la Sociedad y se desempeñó como Presidente. 50 Garza Navarro Marco Antonio Ingeniero Mecánico Electricista (2004), M.C. en Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2006) y Doctorado en Ingeniería de Materiales (2009) por FIME-UANL. Premio de Investigación UANL-2009, Nivel I en el SIN. Actualmente es Profesor Investigador de la FIME-UANL. González Ábrego Manuel Alejandro Licenciado en Química Industrial por la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL (2009), Maestría en Ciencias de la Ingeniería con Orientación en Materiales por (2013) FIME-UANL. Edición, traducción de reportes, artículos y otros documentos científicos desde el año 2010. Desde el 2017 hasta la actualidad es Profesor en el Instituto Irlandés de Monterrey. González González, Virgilio Ángel Doctor por la FIME-UANL (1996), se desempeña como profesor de tiempo completo en el posgrado en Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). pertenece a la Academia Mexicana de Ciencias y a la Academia Nacional de Ingeniería. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores, nivel 2. Guerrero Salazar, Carlos Alberto Doctor por l’Ècole Polytechnique de Montreal, Canadá (1986), se desempeña como profesor de tiempo completo en el posgrado en Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Colaboradores Muir, Thomas G. Becario del Director en los Laboratorios de Investigación Aplicada de la Universidad de Texas (UT) en Austin. Estudió física y ingeniería mecánica en UT Austin, obteniendo un doctorado en 1971. Ha sido durante mucho tiempo científico en los Laboratorios de Investigación Aplicada, así como científico en el Centro de Investigación de La Spezia de la OTAN (1986-1989); profesor de Física y catedrático de Guerra de Minas en la Escuela Naval de Posgrado de los Estados Unidos (19972003); y científico principal en el Centro Nacional de Acústica Física (2003-2010). Es miembro de la Sociedad Acústica de América. Sus intereses de investigación son la acústica subacuática, acústica sísmica e infrasonido. Puente Córdova, Jesús Gabino Ingeniero Mecánico Electricista (2010), Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales (2013) y Doctor en Ingeniería de Materiales (2018) por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Es catedrático investigador en la FIME y miembro del SNI nivel candidato. Ingenierías, Julio-Septiembre XXIII, No. 88 Rentería Baltiérrez, Flor Yanhira Profesor del Departamento de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León y es responsable de la Coordinación de Posgrado en EGAII. Recibió su licenciatura en Ingeniería Industrial del Instituto Tecnológico de Delicias, México; obtuvo el grado de Maestra en Ciencia de Materiales por el Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C., México; y su doctorado en Ingeniería de Materiales de la Universidad Autónoma de Nuevo León, México. Actualmente es miembro del SNI nivel candidato. Reyes Melo, Martín Edgar Ingeniero en Industrias Alimentarias por la Facultad de Agronomía de la UANL. Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales por la FIME-UANL. Doctorado en Ciencia de Materiales (2004) en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse, Francia. Ha obtenido el Premio de Investigación UANL en 1999, 2004, 2009, 2011 y 2012. Es catedrático investigador en la FIME y el CIIDIT de la UANL. Es miembro del SNI nivel I. Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. 51 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, exactitud de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. Las contribuciones sobre modelación y simulación deben estar científicamente dentro del propio trabajo. Los trabajos con base en encuestas de opinión o entrevistas describiendo su impacto social, especialmente en áreas relacionadas con la ingeniería, deberán incluir la metodología y aspectos estadísticos tanto para su diseño como para el análisis de las mediciones y resultados, así como la validación de las correlaciones que pudieran presentarse. 52 No se consideran para publicación protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, por e-mail a la dirección: revistaingenierias@uanl.mx El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 15 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, primer piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 E-mail: revistaingenierias@uanl.mx Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 �Código de ética Autores Los autores deben presentar una narración concisa y exacta del trabajo desarrollado, así como una discusión objetiva de su significado intelectual y científico. Los autores deben incluir a los coautores que hayan cambiado de afiliación durante el proceso de preparación y publicación del documento y que cumplieron con el criterio de coautoría, señalando el evento en una nota. Los autores deben incluir en su manuscrito detalles suficientes y referencias a fuentes de información públicas para hacer posible la reproducción del trabajo por terceros. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo de las instituciones y organismos que hayan contribuido significativamente al desarrollo del trabajo, así como a colaboradores que hayan contribuido de manera importante, incluyendo a fallecidos o a quienes hayan cambiado de afiliación, pero sin que hayan llegado a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera. Los autores deben abstenerse de presentar críticas personales en sus trabajos. Los autores deben abstenerse de utilizar nombres ficticios o seudónimos. Los autores deben citar aquellas publicaciones que son antecedentes esenciales para comprender el trabajo. Los autores deben responsabilizarse del material que presentan en su manuscrito. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido mediante comunicación privada que no se localice en publicaciones. Revisores Los autores deben abstenerse de ofrecer manuscritos que se encuentren en consideración por otras publicaciones. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido de manera confidencial sin el permiso explícito correspondiente. Los autores deben abstenerse de incluir información obtenida en el proceso de servicios confidenciales, tales como documentación para concursos o solicitudes de becas. Los autores deben abstenerse de citar publicaciones que no se relacionen o que sólo se relacionen remotamente con la materia. Los autores deben abstenerse de incluir como autores a terceros que no cumplan con el criterio de coautoría, el cual consiste en su contribución significativa al desarrollo y preparación del trabajo. Los autores deben incluir a los coautores fallecidos que cumplan con el criterio de coautoría, asentando la fecha de su muerte. Ingenierías, Julio-Septiembre XXIII, No. 88 Los revisores deben declinar cualquier invitación para evaluar un manuscrito si no se consideran calificados, carecen de tiempo para juzgar o se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los revisores deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los revisores deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los revisores deben abstenerse de expresar críticas personales. Los revisores deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los revisores deben abstenerse de utilizar o difundir información, argumentos o interpretaciones no publicadas 53 �Código de ética contenidas en un manuscrito bajo consideración, excepto con el consentimiento expreso de los autores posteriormente al proceso de evaluación. Los revisores deben considerar en su revisión posibles errores o fallas de los autores al citar el trabajo relevante de otros. Los revisores deben informar al editor si encontraran alguna semejanza substancial entre el manuscrito y cualquier otro trabajo. Los revisores no deberán intentar contactar a los autores, si hubieran inferido su identidad, previamente a haber emitido su fallo. El editor debe delegar en los miembros del consejo editorial o comité técnico la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación en casos en que se presente conflicto de interés con él. El editor debe delegar la responsabilidad y autoridad editorial a alguno de los miembros de los consejos editoriales cuando él sea autor o coautor de un manuscrito que se somete a consideración de la revista. Cuerpo Editorial (Consejos Editoriales y Comité Técnico) Editor Los miembros del cuerpo editorial deberán estar dispuestos a otorgar consejo al editor en las situaciones requeridas. El editor debe dar consideración justa e imparcial a todos los manuscritos ofrecidos para su publicación, juzgando cada uno de sus méritos científicos o tecnológicos, sin prejuicios de raza, género, religión, creencia, origen étnico, ciudadanía, filosofía o política de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben declinar cualquier invitación para brindar consejo si se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente con los autores o con el trabajo a evaluar. El editor debe considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los miembros del cuerpo editorial deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. El editor debe abstenerse de expresar crítica personal. Los miembros del cuerpo editorial deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. El editor debe explicar y apoyar su juicio final para que los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de expresar críticas personales. El editor debe abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando cuente con el permiso de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. El editor deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a ninguna persona fuera de aquellos a los que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando se cuente con el permiso de los autores. El editor debe respetar la independencia intelectual de los autores. El editor debe procesar los manuscritos con diligencia. El editor debe ejercer su responsabilidad y la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación. 54 Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a cualquier persona fuera de aquellos que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deberán respetar la independencia intelectual de los autores. Ingenierías, Julio-Septiembre 2020, Vol. XXIII, No. 88 ��� Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2020 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 23 Número Número de la revista 88 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Septiembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2020, Año 23, No 88, Julio-Septiembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/07/2020 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021122 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Acústica subacuática Capacitación Polímeros Segunda Guerra Mundial https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21021/Ingenierias_2020_Ano_23_No_89_Octubre-Diciembre.pdf 26cf7d8b8f33f56af8404a8f334aa0b1 PDF Text Text �89 Contenido Octubre-Diciembre de 2020, Año XXIII, No. 89 3 Editorial: La equidad como uno de los factores de la logística José Luis Cantú Mata 6 Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado Emmanuel Bretón Jiménez, Edwin Javier Melgar Urbina, Miguel Ángel Hernández Rivera, Margarita Loredo Cancino, Nancy Elizabeth Dávila Guzmán 14 An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators Jorge Morales, Francisco Ramírez Cruz, Francisco Eugenio López Guerrero 28 Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos Carolyn L. Bayer, Geoffrey P. Luke, Stanislav Y. Emelianov 42 O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia José Antonio De la O Serna 62 Colaboradores 64 Información para colaboradores 65 Código de ética Suplemento en línea “30 años de Nucleoelectricidad en México” Editores: Max Salvador Hernández, Roberto Carlos Lopez Solis Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Año XXIII, No. 89 � �DIRECTORIO Ingenierías, Año XXIII N° 89, octubre- diciembre 2020. Es una publicación trimestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Teléfono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Impresa por: Desarrollo Litográfico S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, Nuevo León, México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de octubre de 2020. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66455. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2020 revistaingenierias@uanl.mx UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Mtro. Rogelio G. Garza Rivera Rector Dr. Santos Guzmán López Secretario General Mtra. Emilia Edith Vásquez Farías Secretario Académico Dr. Celso José Garza Acuña Secretario de Extensión y Cultura Lic. Antonio Ramos Revillas Director de Editorial Universitaria FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Dr. Arnulfo Treviño Cubero Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable M.C. Cyntia Ocañas Galván Dr. Jesús G. Puente Córdova Redacción Gregoria Torres Garay Tipografía y formación M.A. José Luis Martínez Mendoza Diseño Ing. Cosme D. Cavazos Martínez Webmaster René de la Fuente Franco Impresor CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dr. Cezar Henrique Gonzalez, Brasil. UFPE, Recife-Pernambuco / Dra. Ruth Kiminami, Brasil. UFSC, San Pablo / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. 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Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñán, FIME-UANL. � Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Año XXIII, No. 89 �Editorial: La equidad como uno de los factores de la logística José Luis Cantú Mata Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica jose.cantumt@uanl.edu.mx La administración de la cadena de suministro considera la integración entre los negocios y las Tecnologías de Información y Comunicaciones (TIC) con mayor colaboración entre empresas que son parte de una oferta dada, para generar estrategias diseñadas para tener un mejor posicionamiento, eficiencia operativa y reducir sus tiempos de respuesta. Las funciones en la cadena de suministro requieren de procesos administrativos que vinculan la producción y el comercio con los clientes, con prácticas habituales de mercadotecnia, compras y logística para satisfacer al cliente. En este contexto, el área de Logística y Cadena de Suministro satisface la necesidad de trasladar los bienes, inventario, del productor al cliente, cumpliendo con diferentes condiciones de tiempo, lugar y costo para las entregas, acordes a la naturaleza del bien que se suministra. Las actividades productivas y comerciales se han vuelto de carácter mundial, por lo que no es extraño que las estrategias surgidas de la logística consideren acciones en el ámbito internacional. Un ejemplo reciente de la importancia de la logística se puede apreciar a través de los retos generados por la emergencia sanitaria del COVID-19 y la forma en que a pesar de las restricciones de paso de las diferentes fronteras, no sólo internacionales, sino regionales en ciertos paises, se mantuvo la operación de uno de los elementos más importantes de la cadena de suministro: el transporte. La importancia del transporte de bienes hizo que se le declarara como una actividad esencial sin más que el seguimiento de ciertos protocolos para continuarla, pero como se ha podido ver, eso no es suficiente porque la demanda de las dosis de la vacuna no sigue estándares tradicionales aplicables a la distribución de otros bienes. La producción de dosis no cubre la demanda, además de que hay grupos vulnerables que la requieren con mayor urgencia por lo que es difícil determinar cómo debe ser distribuida para maximizar el beneficio de la vacunación. También se debe considerar que se trata de un problema mundial, pero eso no significa que la distribución óptima en una región, o en un conjunto de regiones, sea lo mejor para todo el conjunto. El tiempo es uno de los problemas más graves en una operación logística de este tipo, pero no hace que otro aspectos, como el costo, desaparezcan del interés de los organismos empresariales, incluyendo los gobiernos. Para los paises que no están produciendo las dosis se trata en principio de una compra en el extranjero, es decir que debe ser importada y luego ponerla en cierto Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Año XXIII, No. 89 � �Editorial: La equidad como uno de los factores de la logítica / José Luis Cantú Mata lugar a disposición para satisfacer la demanda. Aunque ésta es una operación de apariencia sencilla en términos de logística, si se toma en cuenta que se trata de una demanda que incluye aspectos que afectan a la equidad, ya que no hay producción suficiente para satisfacer la demanda que además no es uniforme, pues existen grupos que la requieren más que otros. En condiciones de abundancia los problemas se reducirían al transporte, con el debido manejo en cuanto a tiempo y seguridad. Pero ya que no es el caso, entonces se formulan diferentes criterios sobre cómo debería distribuirse. En la República Mexicana la geografía no es un problema ya que se puede llegar a prácticamente cualquier población, entonces el criterio podría ser que los grupos vulnerables vayan primero, pero cómo se define eso, puede ser en atención a la edad, a las comorbilidades, a las posibilidades de interacción con otras personas como en las poblaciones grandes, a quienes utilizan el transporte público, a quienes atienden pacientes con COVID, a quienes atienden pacientes en cualquier forma: camilleros, choferes de ambulancia, guardias, administrativos, intendentes, y todas los especialistas médicos en los hospitales. Éstas son unos cuantos factores para definir y el diseño de la logística para la distribución bien hecha debe tomarlos en cuenta en busca de obtener la distribución más equitativa y que maximice su beneficio. Aunque se recurriera a la estrategia simplista del azar en un sorteo como una manera para evadir el trabajo serio, es imposible vacunar a todos los que la dosis alcancen al mismo tiempo, ya que aun disponiendo de ellas para su aplicación también se deberá organizar otra logística para distribuirlas. Así que por más que se evite favorecer o desfavorecer a alguien en atención a sus atributos y necesidades, y por más equitativo que se quiera ser, siempre habrá alguien que estará en primer lugar para obtener su dosis contra el COVID19. La supervivencia de los más aptos en cualquier término, ha demostrado a lo largo de la historia que la equidad no es algo natural, surge del desarrollo consciente de la sociedad que le ha dado valor, en el fondo a favor de su preservación sobre la de los individuos de manera que se piensa que los aspectos discriminatorios o de inequidad no deberían de existir. Se establece entonces que todos los seres humanos, la población, deben ser tratados por los demás, no sólo por los gobiernos u organizaciones, sino entre ellos mismos, equitativamente sin importar las creencias, costumbres o preferencias con respecto a su raza, género, nivel socioeconómico, entre otros. Sin embargo, se requiere de una correcta administración y planeación para que las decisiones que se toman por las estrategias derivadas de la logística que están orientadas a brindar una satisfacción óptima sean comprendidas, aceptadas o al menos toleradas por aquellos que no se encontrarán en los primeros lugares y que se consideran excluidos por una discriminación, según su percepción, injustificada. Para estos grupos no importa si la estrategia diseñada es correcta y se sentirán discrimandos, ya que los criterios que se hace la población en general están basados en sentimientos y conjeturas populares, si se hiciera una encuesta, aun una diseñada correctamente que evitara el sesgo y tuviera una escala de valoración objetiva, las respuestas serían variadas según quienes � Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Año XXIII, No. 89 �Editorial: La equidad como uno de los factores de la logística / José Luis Cantú Mata las proporcionaran. Es altamente probable que aun aquellos que presuman de equidad se pondrían al frente. En ocasiones les resulta tan complejo que terminan aceptando que el azar de un sorteo es la mejor estrategia. Entonces, si la logística para la distribución es un reto, mucho más reto será lograrlo con equidad y que sea percibido así. Mientras no se comprenda claramente la diferencia entre igualdad y equidad, siempre habrá detalles que por pequeños que parezcan serán interpretados como abuso, falta de equidad, y en el mejor de los casos, incompetencia de quienes diseñan las estrategias que buscan favorecer la equidad. Los problemas logísticos no están limitados a satisfacer demandas simplemente ubicando los inventarios con seguridad en cierto lugar y tiempo, poniendo mayor atención al abastecimiento de provisiones sin considerar la forma en que se abastecen lugares cotidianos cono los pequeños comercios, los centros comerciales o las tiendas departamentales, de manera que la logística pasa desapercibida para la sociedad. Como un ejemplo del logro del diseño de la logística y cadena de suministro en el cumplimiento de las necesidades de la sociedad ante la emergencia sanitaria, en que los hábitos de compra se modificaron para evitar su propio desabasto ocasionando que ésta área tuviera un mayor esfuerzo para el respectivo abastecimiento. Un ejemplo es que, al principio de la emergencia sanitaria, la sociedad, quien tuvo acceso a la mercancía, se abasteció de desinfectante en aerosol y gel antibacterial llegando a la situación del desabasto en puntos de venta que motivó que se restringiera la venta mientras se rediseñaba la logística de distribución junto con un cambio radical en la sociedad que llevó a un mayor control, orden y atención a la existencia de productos que son necesarios para su supervivencia y artículos de necesidad básica e higiene. Las condiciones que se mencionan para la vacunación masiva contra el COVID-19 no son exclusivas para este proceso, ya que se encuentran prácticamente en todos los casos en que los aspectos sociales juegan algún papel que obliga a establecer jerarquías. Lo que si es extensivo y obligatorio para todos los casos en que se efectúe el diseño de alguna logística, se haga con método, de manera, sin intentos de improvisación o implementación de ideas que de momento pueden sonar geniales, pero que no contemplan aspectos sociales además de los tradicionales de lugar, tiempo y costo. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Año XXIII, No. 89 � �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado Emmanuel Bretón JiménezA, Edwin Javier Melgar UrbinaB, Miguel Ángel Hernández RiveraA, Margarita Loredo CancinoB, Nancy Elizabeth Dávila Guzmán*B Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, Cunduacán, México. Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Química nancy.davilagz@uanl.edu.mx A B RESUMEN Se investigó la remoción del colorante ácido violeta 7 mediante carbón activado en un sistema de adsorción en lote. Se estudiaron los efectos de parámetros experimentales en la capacidad de adsorción, tales como la masa del adsorbente y el pH. Las mejores condiciones experimentales para la adsorción de ácido violeta 7 fueron a pH natural del colorante (pH 6) y 100 mg de adsorbente al obtener una capacidad de adsorción de 102 mg/g. La cinética de adsorción fue descrita por el modelo de Pseudo-Segundo orden que está basado en un mecanismo de quimisorción. PALABRAS CLAVE Adsorción; carbón activado; cinética; remoción de colorante. ABSTRACT The removal of the acid violet dye 7 by activated carbon was investigated in a batch adsorption system. The effects of experimental parameters on the adsorption capacity, such as the mass of the adsorbent and the pH were studied. The best experimental conditions for the adsorption of acid violet 7 were at the natural pH of the dye (pH 6) and 100 mg of adsorbent achieving an adsorption capacity of 102 mg/g. The adsorption kinetics followed the Pseudo-Second order model which is based on a quimisorption mechanism. KEYWORDS Adsorption; activated carbon; kinetics; dye removal. INTRODUCCIÓN El rápido crecimiento demográfico y desarrollo económico de la sociedad humana incrementan las actividades industriales y agrícolas, haciendo un uso acelerado de agua en todo el mundo. Se prevé que en el año 2050 la población mundial alcance 9,800 millones de habitantes que podrían llegar a usar hasta un 55% más de agua para satisfacer las necesidades básicas en todo el mundo.1 Los recursos hídricos han sido explotados de manera descontrolada por industrias tales como la textil, la papelera, la farmacéutica, la alimentaria y la cosmética, � Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado / Emmanuel Bretón Jiménez, et al. siendo el color la primera evidencia de la contaminación generada.2 Alrededor de 800,000 toneladas de tintes se producen anualmente en el mundo y el 60-70 % son colorantes. Esto genera un gran impacto ambiental que contaminan las masas de agua con facilidad, repercutiendo en la salud humana, en las tierras de cultivo y en la actividad acuícola.3 Los colorantes azoicos son compuestos que tienen el grupo azo cromóforo (R1–N=N–R2) en sus estructuras moleculares. Estos grupos funcionales dificultan la biodegradación de los mismos y se estima que entre el 10 y 15% de estos compuestos se pierde y se incorpora en el efluente industrial, los cuales deberían ser eliminados antes de ser descargados a las masas de agua, debido a su alta toxicidad y contaminación provocada en los ecosistemas.4 El colorante ácido violeta 7 (AV7) es muy importante en la industria textil y uno de los mayores contribuyentes de la contaminación,5 este colorante está formado por grupos aromáticos complejos y sulfónicos que lo hacen altamente genotóxico comparado con otros colorantes azoicos. Los colorantes azoicos afectan a la salud humana, y al medio ambiente. En los últimos años, algunos científicos han tratado de resolver esta problemática. Entre los diversos métodos de eliminación comúnmente utilizados destacan la adsorción, foto-degradación y decoloración microbiológica, entre otros.6 En general, la adsorción de colorantes de la industria textil sobre materiales sólidos como el carbón activado (CA) resulta eficiente gracias a la relativa simplicidad del sistema y a las propiedades del carbón activado, como elevada área superficial, estabilidad química y alta capacidad de adsorción.7 El CA ha sido utilizado en la purificación del aire, remoción de colorantes y contaminantes farmacéuticos, entre otros.8 Por lo tanto, en esta investigación se evaluó la capacidad del CA para la remoción del contaminante AV7, a través del estudio de equilibrio y cinético del proceso de adsorción. MATERIALES Y MÉTODOS Reactivos y materiales El carbón activado utilizado fue de origen mineral, con tamaño de partícula de 500-700 µm (Clarimex). El ácido violeta 7 fue provisto por Sigma-Aldrich en forma de polvo, tiene un peso molecular de 566.47 g/mol y su fórmula química es C20H16N4Na2O9S2. Preparación del adsorbato Una solución patrón de ácido violeta 7 de 50 mg/L se preparó añadiendo 0.05 g de ácido violeta 7 sólido en un matraz volumétrico de 0.025 L con agua desionizada, agitándose hasta obtener una solución homogénea color violeta. Análisis de concentración del adsorbato. La concentración del adsorbato fue cuantificada en un espectrofotómetro (Genesis 10S UV/Vis) utilizando una curva de calibración. Los estándares del AV7 fueron preparados a partir de la solución patrón para obtener concentraciones de 1 mg/L, 2 mg/L, 5 mg/L, 10 mg/L y 25 mg/L Posteriormente, se registró la absorbancia de cada estándar a una longitud de onda de 510 nm. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 � �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado / Emmanuel Bretón Jiménez, et al. Experimentos de cinética de adsorción La cinética de adsorción de AV7 sobre CA fue obtenida añadiendo una masa definida de CA a un matraz Erlenmeyer de capacidad nominal de 250 mL, la cual fue puesta en contacto con 100 mL de AV7 a una concentración inicial de 50 mg/L. La mezcla se mantuvo en agitación constante a 200 rpm y a temperatura ambiente (25 ºC) durante un tiempo de contacto de 6 h (para asegurar alcanzar el equilibrio). Se tomaron alícuotas de 1 mL de la solución a diferentes tiempos (5, 10, 20, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 240, y 360 min) para su posterior análisis mediante espectrofotometría UV-Vis. La cantidad de colorante adsorbido en cualquier tiempo, q (mg/g), se calculó por medio del siguiente balance de masa: (1) Donde Co y C son las concentraciones iniciales y a cualquier tiempo de AV7 (mg/L), respectivamente; V es el volumen de la solución (L) y m es la masa del adsorbente (g). El porcentaje de remoción del adsorbente en el equilibrio fue calculado mediante la siguiente (ecuación 2): (2) Donde Ce es la concentración de AV7 en el equilibrio (mg/L). Efecto de la masa del adsorbente La cantidad empleada del adsorbente CA es un parámetro muy importante en el estudio de adsorción ya que determina la capacidad del adsorbente para tratar una solución coloreada de una concentración inicial dada. Para el estudio del efecto de la masa del adsorbente se realizaron experimentos con tres niveles (100, 200 y 300 mg) al pH natural del colorante; a una concentración inicial de 50 mg/L de AV7 (tabla I). Es importante mencionar que el pH no fue controlado durante los experimentos de adsorción. Efecto del pH sobre la capacidad de adsorción El pH de la solución es un parámetro muy importante en el proceso de adsorción ya que puede afectar la interacción de los grupos funcionales superficiales del adsorbato y el adsorbente, además, las propiedades del CA y de los colorantes podrán indicar si la adsorción es favorable en disoluciones ácidas o básicas.9 El efecto del pH sobre la capacidad de adsorción se evaluó en tres niveles de pH (3, 5 y 7), a una concentración inicial de 50 mg/L de AV7 (tabla II). El pH fue controlado durante el proceso de adsorción, mediante la adición de alícuotas de HNO3 y NaOH al 0.1 N según el caso. Tabla I. Condiciones experimentales para evaluar el efecto de la masa de CA sobre la capacidad de adsorción AV7. � Experimentos CA-100 CA-200 CA-300 pH inicial 6 6 6 Masa CA (mg) 100 200 300 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado / Emmanuel Bretón Jiménez, et al. Modelación matemática de la cinética de adsorción Los modelos de Pseudo-Primer orden y Pseudo-Segundo orden fueron empleados para la modelación matemática de las cinéticas de adsorción de AV7 en carbón activado. El modelo de Pseudo-Primer orden supone que la velocidad de adsorción con respecto al tiempo es proporcional a la diferencia entre la capacidad de adsorción en el equilibrio (qe) y la cantidad adsorbida en un tiempo determinado (qt), tal como se muestra en la (ecuación 3). (3) Al integrar la Ec. 3 en q(0)=0 y q(t)=qt se obtiene la Ec. 4: (4) Por otro lado, el modelo de Pseudo-Segundo orden supone que el paso limitante de la velocidad corresponde a la etapa de quimisorción, tal como se muestra en la Ec. 5: (5) Integrando en q(0)=0 y q(t)=qt se obtiene la Ec. 6: Tabla II. Condiciones experimentales para evaluar el efecto del pH sobre la capacidad de adsorción de AV7. Experimentos CA-3 CA-5 CA-7 pH 3 5 7 Masa CA (mg) 100 100 100 (6) Los parámetros de los modelos cinéticos fueron obtenidos mediante la minimización de la suma de los errores al cuadrado (Ec. 7) utilizando la herramienta Solver® de Microsoft Excel. Por otra parte, el coeficiente de determinación (R2) fue calculado con la (Ec. 8). (7) (8) Donde son la capacidad de adsorción calculada con el modelo cinético, la capacidad de adsorción experimental, y el promedio de la capacidad de adsorción experimental, respectivamente, en mg/g, n es el número de datos experimentales y k es el número de los parámetros del modelo. RESULTADOS Y DISCUSION Efecto de la masa sobre la capacidad de adsorción Se evaluó la capacidad de adsorción de AV7 en CA a diferentes masas de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 � �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado / Emmanuel Bretón Jiménez, et al. adsorbente (figura 1). Los resultados muestran que conforme la cantidad de masa aumenta de 100 a 300 mg de CA, la capacidad de adsorción disminuye de 102 a 33.8 mg/g. Por otra parte, con el incremento de la masa de CA se observó un menor tiempo para alcanzar el equilibrio al pasar de 240 a 180 min para el experimento con CA-100 y CA-300, respectivamente. Estos resultados pueden ser atribuidos a que conforme se incrementa la cantidad de adsorbente se aumenta la cantidad de sitios de adsorción con lo que se favorece la velocidad de adsorción de AV7. Fig. 1. Efecto de la masa sobre la cinética de adsorción. Condiciones: pH (6) natural del colorante, 25ºC, Co=50 mg/L. Por otra parte, el porcentaje de remoción de AV7 aumentó de 79.3% a 91.6% para un incremento de la masa de adsorbente de 100 a 300 mg (figura 2). En conclusión, los sitios de adsorción disponibles para la remoción de AV7 dependen de la cantidad de adsorbente añadida a la solución.10 Fig. 2. Efecto de la dosis de masa de adsorbente en el porcentaje de remoción. 10 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado / Emmanuel Bretón Jiménez, et al. Efecto del pH sobre la capacidad de adsorción En la figura 3, muestra como disminuye la capacidad de adsorción del CA cuando se aumenta el pH de la solución. A pH 5 se obtuvo la mayor capacidad de adsorción (86.6 mg/g) mientras que a pH 7 la capacidad de adsorción fue 61.4 mg/g. A pH ácidos (3 a 5) la concentración de iones hidrógeno (H+) aumenta, cargándose positivamente la superficie del CA, situación que facilita las atracciones electrostáticas con las moléculas del colorante AV7 de condición aniónica. Se ha demostrado que a un pH ácido es posible que se formen centros electrofílicos en el CA que pueden generar atracciones de naturaleza electrostática con adsorbatos aniónicos.11 Fig. 3. Efecto del pH sobre la cinética de adsorción de AV7. Condiciones: pH (3,5,7) controlado durante todo el experimento y pH (6) sin control, 25°C, Co de 50 mg/L y 100 mg de CA. Modelación matemática de la cinética de adsorción Los datos de cinética de adsorción fueron ajustados a los modelos de Pseudoprimer orden y Pseudo-segundo orden (figura 4). Se encontró que el modelo de Pseudo-segundo orden es el modelo que mejor predice la cinética de adsorción de AV7 en CA, considerando la magnitud del error obtenido. De acuerdo al modelo de Pseudo-segundo orden, el proceso de adsorción está controlado por un mecanismo de quimisorción. Los parámetros de los modelos cinéticos obtenidos se encuentran reportados en la tabla III. Tabla III. Parámetros cinéticos de los modelos de pseudo-primer orden y pseudo-segundo orden en la adsorción de AV7 sobre CA. Pseudo-Primer orden K1 (min ) 0.072 -1 R 0.891 2 SEC 1656.12 Pseudo-Segundo orden K2 (g mg min ) 0.001 R2 0.958 SEC 434.53 -1 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 -1 11 �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado / Emmanuel Bretón Jiménez, et al. Fig. 4. Comparación de los modelos cinéticos de adsorción de pseudo-primer orden y pseudo-segundo orden para la remoción de AV7 con CA a 25ºC. CONCLUSIONES Se investigó el potencial del CA comercial como material adsorbente en la remoción de AV7 en soluciones acuosas. Se estudiaron los efectos de parámetros tales como masa del adsorbente, pH natural del colorante (6) y pH (3, 5 y 7). La mayor capacidad de adsorción fue obtenida en el experimento CA-100 con una masa de 100 mg de CA con un valor de 102 mg/g a pH natural del colorante (6). La cinética de adsorción fue descrita por el modelo de Pseudo-segundo orden, el cual está basado en un mecanismo de quimisorción. Por lo tanto, este estudio demuestra que el adsorbente CA de origen comercial puede ser una alternativa eficiente para la remoción de colorantes azoicos en tratamientos terciarios de aguas residuales, además, la capacidad de adsorción aumentó al utilizar un pH natural (6), al no requerir la adición de más reactivos a la solución se puede reducir el costo de operación. REFERENCIAS 1. Chen, L., Huang, K., Zhou, J., Duan, H. F., Zhang, J., Wang, D., & Qiu, H. (2020). Multiple-risk assessment of water supply, hydropower and environment nexus in the water resources system. Journal of Cleaner Production, 268, 122057. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122057. 2. Hincapié Mejía, G., Cardona Cuervo, S., & Ríos, L. A. (2018). Absorption thermodynamic study of azoic dye with by means of a lignocellulosic waste in aqueous medium. Ingeniería y Desarrollo, 36(1), 97–118. https://doi. org/10.14482/inde.36.1.10941. 3. Ben Mansour, H., Corroler, D., Barillier, D., Ghedira, K., Chekir, L., & Mosrati, R. (2007). Evaluation of genotoxicity and pro-oxidant effect of the azo dyes: Acids yellow 17, violet 7 and orange 52, and of their degradation products by Pseudomonas putida mt-2. Food and Chemical Toxicology, 45(9), 1670–1677. https://doi.org/10.1016/j.fct.2007.02.033. 12 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Remoción del colorante AV7 presente en solución acuosa mediante carbón activado / Emmanuel Bretón Jiménez, et al. 4. Moutaouakkil, A., Zeroual, Y., Dzayri, F. Z., Talbi, M., Lee, K., & Blaghen, M. (2003). Purification and partial characterization of azoreductase from Enterobacter agglomerans. Archives of Biochemistry and Biophysics, 413(1), 139–146. https://doi.org/10.1016/S0003-9861(03)00096-1. 5. González-Casamachin, D. A., Rivera De la Rosa, J., Lucio-Ortiz, C. J., De Haro De Rio, D. A., Martínez-Vargas, D. X., Flores-Escamilla, G. A., Dávila Guzman, N. E., Ovando-Medina, V. M., & Moctezuma-Velazquez, E. (2019). Visible-light photocatalytic degradation of acid violet 7 dye in a continuous annular reactor using ZnO/PPy photocatalyst: Synthesis, characterization, mass transfer effect evaluation and kinetic analysis. Chemical Engineering Journal, 373(March), 325–337. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.05.032. 6. Forgacs, E., Cserháti, T., & Oros, G. (2004). Removal of synthetic dyes from wastewaters: A review. Environment International, 30(7), 953–971. https://doi. org/10.1016/j.envint.2004.02.001. 7. Rafatullah, M., Sulaiman, O., Hashim, R., & Ahmad, A. (2010). Adsorption of methylene blue on low-cost adsorbents: A review. Journal of Hazardous Materials, 177(1–3), 70–80. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.12.047. 8. Oladejo, J., Shi, K., Chen, Y., Luo, X., Gang, Y., & Wu, T. (2020). Closing the active carbon cycle: Regeneration of spent activated carbon from a wastewater treatment facility for resource optimization. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, 150(November 2019), 107878. https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.107878. 9. Vargas, A. M. M., Cazetta, A. L., Martins, A. C., Moraes, J. C. G., Garcia, E. E., Gauze, G. F., Costa, W. F., & Almeida, V. C. (2012). Kinetic and equilibrium studies: Adsorption of food dyes Acid Yellow 6, Acid Yellow 23, and Acid Red 18 on activated carbon from flamboyant pods. Chemical Engineering Journal, 181–182, 243–250. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.11.073. 10. Bhatti, H. N., Mumtaz, B., Hanif, M. A., & Nadeem, R. (2007). Removal of Zn(II) ions from aqueous solution using Moringa oleifera Lam. (horseradish tree) biomass. Process Biochemistry, 42(4), 547–553. https://doi.org/10.1016/ j.procbio.2006.10.009. 11. Castelar Ortega, G. C., Viloria C, C. A., Morrinson B, C. A., Angulo M, E. R., & Zambrano A, A. M. (2017). Evaluación de un carbón activado comercial en la remoción del colorante DB2. Revista Colombiana de Ciencia Animal - RECIA, 9(2), 164. https://doi.org/10.24188/recia.v9.n2.2017.512. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 13 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators Jorge Moralesa, Francisco Ramírez Cruzb, Francisco Eugenio López Guerrerob Chair of Production Automation and Assembly, University of Siegen, Paul-Bonatz-Str. 9-11, 57076 Siegen, Germany b Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Departamento de Mecatrónica a RESUMEN Con la introducción de robots colaborativos en entornos de producción, el daño a los trabajadores por el uso de robots tradicionales con enlaces rígidos es inherente. Se ha propuesto una nueva generación de robots hechos de materiales blandos flexibles que reduce el peligro de colisión mediante acciones de autodeformación como una solución prometedora para los entornos de colaboración humano-robot. Recientemente, con el desarrollo de la fabricación aditiva de materiales blandos elásticos, surgen nuevas oportunidades de diseño para estos llamados robots blandos. Sin embargo, aún no se logra la robustez que se requiere para los entornos de producción. Este documento presenta un enfoque de diseño de un actuador neumático blando de tres ejes fabricado de forma totalmente aditiva. Para su uso en sistemas de manipuladores robóticos blandos flexibles, se presentan pautas de diseño, un proceso de impresión 3D directo con materiales elásticos y un sistema de control de regulación de presión semiautomatizado PLC de bajo nivel. Para validar el diseño propuesto, el actuador se fabrica y prueba para la fuerza de contacto máxima, la reacción de movimiento de flexión y su respuesta de señal. PALABRAS CLAVE Materiales blandos, fabricación aditiva, robots blandos, sistema de control. ABSTRACT With the introduction of collaborative robots in production environments, the harm to workers by using traditional robots with rigid links is inherent. A new generation of robots made from flexible soft materials that decreases collision danger by self-deforming actions has been proposed as a promising solution for the human-robot collaboration environments. Recently, by the development of additive manufacture of elastic soft materials, new design opportunities arise for these so-called soft robots. However, robustness that is required for production environments is still not achieved. This paper presents a design approach of a fully additively manufactured three-axis soft pneumatic actuator. For its use in flexible soft robotic manipulator systems, design guidelines, a direct 3D printing process with elastic materials and a low-level PLC semi-automated pressure 14 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. regulation control system are presented. To validate the proposed design, the actuator is manufactured and tested for maximum contact force, bending motion reaction and its signal response. KEYWORDS Soft materials, additive manufacture, soft robots, control system. INTRODUCCIÓN In human-robot collaboration environments, where the proximity between human and robot potentially rises a harmful and non-safe working environment. In the case of robot-assisted assembly processes the idea of having a robot operating beside a worker difficult. With the introduction of cobots in the last years, this human-robot collaboration is still not well accepted for workers that claim not feeling safe working together with a robot in the vicinity. The use of soft material robots that can operate in the vicinity without being a threat for the user provide a promising perspective of future shop floor collaboration. Since1 pneumatic-driven flexible actuators have been started to be described and their application in certain robotic mechanism. With the increased and fast emerging development of additive manufacturing technologies, it has been proved that, design and fabrication of complex geometrical structures is possible nowadays.2 A more universal way of application is achieved with soft robots because these soft materials, often elastomers, allow them to flexibly adapt to their working environment in terms of conventionally inaccessible work environments (e.g. under sea).3 Even more, soft robotic grippers can cling to various shapes and, thus, handle a broader range of applications, as in4 were a soft manipulator has been introduced as surgical manipulator. Furthermore, inherently soft, and flexible materials, such as silicon-based polymers, are now available for additive manufacturing. In industrial and production environments, rigid robots are very well stablished due the robustness and strength capabilities that even small cobots models, can handle several kilograms of payload. In practical robotic applications, the use of end attached tools play a significant role in the mass and speed along a desired motion direction.5 Payload is usually a requirement for production processes that cannot be neglected or replaced with the use of soft rubber-like materials. Adding mass to these so called, soft actuators raises the gravitational load, which for in a multi-body soft manipulator configuration, results in larger joint tor-ques and have a big influence in the required energy in order to maintain its deformed position. For pneumatically operated actuators and as investigated in,6,7,8,9,10 generated blocked force is still very low for a pneumatically actuated net-work, usually for a single PneuNet, values are in the 3 N surroundings. For AM soft materials, forces are usually lower than what casted materials can offer. Recent studies as in11 analyzes lifting and twisting forces for handling different objects. However, the lack of material testing standards for AM soft polymers and material models rises the challenges of how-to bring AM soft robots to a performance level to functionally compete with classical rigid robots. Recent works as in,12 offer a perspective on mechanical properties and characteristics for different types of elastomers used in soft robotics applications. Nevertheless, durability of available materials represents yet an unanswered question. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 15 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Fig. 1. Conceptual design of a fully additively manufactured soft robotic arm manipulator. In this work, a three-axis additively manufactured soft silicon-based body segment for a soft manipulator is presented. In order to overcome classic fabrication challenges as presented in,9 a uni-body fully additively manufactured segment of a multi-body smart manipulator is investigated. Besides the design challenges inherent to AM, the maximum displacement that the element can achieve, as the maximum force and momentum are measured and analyzed in this work. The aim of this paper is to design and characterize a single fully 3D printed soft silicon actuator. Starting from a conceptual sketch for a multi-body flexible manipulator as seen in figure 1, this work presents a new design approach of a unibody element that can be easily manufactured and assembled to form a more complex soft robot arm manipulator. Together with an automated PID low level control and a semi-automated PLC system, the actuator is tested for different pressure set points and the resultant force for each case is also measured. Based on previous works, 13,14 we have discussed the advantages and disadvantages of the additive manufacture of soft actuators using silicon-based materials, that together with a new design perspective, targeted for a fully AM fabrication we investigate how fabrication challenges and controllability issues can be handled for the introduction of such actuators as reliable products in production processes. Due to the problems associated with fabrication and assembly of soft material actuators and robots, we focus on the development of a single fully 3D printed actuator as one element of a manipulator body. Drawing from previous experiences and expertise in additive manufacture of soft materials as in,13,14 and in comparison with typical manufactured actuators where shapes and features, due to the complexity of casting, is limited, as presented in8 see (figure 2a), we present an innovative three axis design for a unibody soft actuator (see figure 2b). 16 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Fig. 2. a) Typical design [7] in conventionally molded fabrication setup (upper parts) and b) chances for AM fabricated actuators (lower parts). In this paper, we intend to demonstrate the possibility to fully 3D print a soft actuator, that can be later used to build a fully 3D printed soft robotic manipulator. An easy-to-build approach and a reliable air pressure supply signal is the key to reduce the fabrication,15 and control,16,17 complexity that until now, soft robots present.18 Traditionally soft robots manufactured by casting, which is usually a long process that, due to fabrication of molds, and the process itself of pouring and curing tend to be time consuming. Molds are already 3D printed,19,20 in order to achieve the com-plex geometry forms, that are required for such soft robots. However, the stepwise nature of this classical fabrication method,21,8 the material waste and post processing effort that compared in an almost not need of post processing or material waste, as it 3D printing, makes it a unique product manufacture solution at low volumes in a cost-effective way.22 Therefore, additive manufacture has the potential to scale better. Furthermore, 3D printing allows integrating geometrical features in parts to improve functionality. In contrast to classical methods, the main disadvantage of AM yet is the lack of mechanical performance, as known from the conventional silicone-based polymer compounds. As described in,23 the type of material has a direct influence on the shape, dimensions, durability, applications and costs of printed parts. Despite problems with durable integrity, the easy manufacture of soft material components for the application in production engineering is advancing. Our study, therefore, evaluates the reliability of the materials used, its motion response and its operational force in a robotic force sensing test as in,24 using automated PID regulated air pressure signals. OBJECTIVES This work is focused on if and how a direct AM process can be applied for the fabrication of soft material bio inspired manipulators. We present an easy-to-build uni-body design approach for a modular, multi-body manipulator. In this context, AM enables substitution of several components by integration of their respective functionality. The differential design and construction as well as elaborate Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 17 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. assembly steps of conventional manufacturing processes is hence avoided. We investigate how a design for AM affects the challenges related to this fabrication process and if such actuators can perform in production process environments. A prototype of a module is built and tested for maximum forces generated and the reaction of automated control signals. A two-element manipulator prototype is investigated for its motion response. MATERIALS AND METHODS The material “agilus30” white from the manufacturer Stratasys was used in this work for fabrication of the soft robotic unit. The mechanical material parameters, as given by Stratasys in,20 and are summarized in table I. Table I. OEM mechanical parameters. Parameter Unit white black Tensile strength [MPa] 2.1 – 2.6 2.4 – 3.1 Failure elongation [%] 180 – 230 220 – 270 Density [g/cm3] 1.14 – 1.15 1.14 – 1.15 Shore A hardness - 30 – 40 30 – 35 Design for additive manufacture Machine developers have been introducing in recent years soft, elastic materials. Such materials arise the challenges even more on how to design functional and reliable components. For designers, who lack design guidelines, standards and manufacture norms are already challenges,25 these new materials came with a set of valuable mechanical properties, as is high elasticity and deformation levels. As has been seen in,26,13 there are some design requirements that for this work are considering: • Full removal of internal support materials • Unibody design • Easy and fast fabrication • Lightweight and minimum material usage • Easy to assembly • Expected maximum force F >= 10N Figure 3 displays the final design of the actuator. Based on our own previous experience,11 for design and additively manufacture soft actuator form the PneuNet type a three-chambers unibody design is proposed. Each of the internal chambers as is shown in figure 3d is interconnected trough a main channel where, when air fulfill the volume, these tend to expand the chamber with a uniaxial total directional bending motion. Fabrication process Due to the advantages of direct 3D printing technologies, as is the development of new materials, a single two-steps fabrication process was required. Fabrication process presented on this work was made using a Stratasys PolyJet Connex 18 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Fig. 3. a) front view of the final actuator design, b) isometric view, c) cut-view of the internal air inlets as is finally assembled, d) cut-view internal chamber and channel. 3 series. Removal of support material is conducted in our laboratory using a potassium hydroxide solution as a solver. Fully removal of support material is still an issue for the deepest internal pneumatic chambers, however, machine manufacturers now offering chemical solutions to react and remove such supports improves significantly the cleaning process. In figure 4, the resulted component is shown. Fig. 4. Final product overview. Support materials are already being removed for a total mass m = 190gr and a total length l = 108mm. Bending forces The three-axis AM actuator’s design essentially resembles a tube with three PneuNets, longitudinally attached under an angle 120 degree towards each other. In order to predict the component’s elastic behavior, the structural stiffness needs to be considered. Figure 5 shows the schematic cut view with relevant dimensions of the soft robotic unit. Mechanically, the component’s PneuNets are integrated in a way, so that they do not significantly contribute to stiffness, which, overall, is determined by the centric tube feature. In order to derive the force, which is generated by the actuator, elastic bending stiffness of a tube needs to be considered. (1) Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 19 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Fig. 5. Mechanical representation of the soft robotic component, explaining coordinates and labels. under consideration of the inertia I (2) As a first approach, the elastic modulus E can be expressed as tensile strength over fracture elongation, knowing, that the used material would reveal significant non-linearity in its elastic characteristic (visco- or hyperelastic). For PneuNets, Polygerinos et al.3 have suggested the following expression to calculate force response ΔF resulting from inner pneumatic excitation ΔPi (3) with the width- (c) justified lever LW = l/c. The variable Ma (bending moment) takes the PneuNets pressurized dimensions into account and allows to carefully study the sensitivity towards changes in design. (4) Because of the triangular chamber shape of the presented PneuNets, as seen in figure 5, height b is justified by two thirds and d is calculated as average gap over height. Experimental setup The behavior of the soft robotic actuator is studied under its inflation by air pressure. For the evaluation of force, it initially rests hanging from a flange mount with its tip, opposite to the excited PneuNet pointing against a force sensor. A DELTA F/T transducer force-momentum sensor, with a resolution of CTL = 1/8 and NET F/T = 1/16 on Fz is employed to evaluate the force, that is generated by the actuator. 20 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Fig. 6. FESTO Motion Terminal, with an 8-valve configuration for up to 16 parallel pneumatic outputs. In order to supply and control pressure that for soft actuators a FESTO Motion Terminal (VTEM),27 is used (see figure 6). Implementation of a fully automated PLC environment allowed us to concentrate in our own control system signal development without the problematic that piezo actuated valves and magnetic flow valves present. Our experimental setup can be seen in figure 7. The force sensor attached to a UR5 lightweight robot helps to easily modify the contact distance of the unpressurized and pressurized states of the actuator as in.24 For this work, only displacement and motion in one plane where captured, in future works, a threedimensional motion trajectory capture is planned. Fig. 7. Front view of the experimental setup. The actuator rest in an unpressurized state position. The importance of this experimental setup is, to acquire enough information about if an additively manufactured actuator can provide a load force enough to be implemented in a multi-body soft robot configuration. Most commonly, soft actuators are characterized by terms of their deformation against pressurization, but as presented by,19 only a few newtons of force are obtained (1 – 4N). For this work, a minimum expected load of 10N is expected in order to carry on further experiments on an increased payload. Results and discussions The physical experiments of pressurizing the soft robotic actuator with a ramp signal, deliver its static response. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 21 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Bending force and momentum The force signal of the actuator was evaluated with a step width of 100 mbar. In figure 8a, a force over pressure plot is presented with inflation until rupture during the last experiment. The actuators force over pressure response shows a linear increasing trend up to 1 bar internal pressure, as predicted by the model developed in eqns. 3 and 4. Deviations from the prediction are suspected to result the fact that the piezo valves used for this work does not react up to a minimum of 100mbar pressure, that explain the offset in the origin of the diagram. It was also found, that the PneuNets mechanical model shows high sensitivity against dimensioning the height parameter b. The “model 1” represent the ideal bending force mathematically calculated in comparison with the model from.19 Two tests were performed to corroborate the measured force. Results show in “Test1” and “Test2”, see figure 8, how force values remain almost identical trough the test. The “Model” line represents an adjusted linear model of the expected ideal. In our case, during the first 130 mbar of pressurization in which the pressure controller does not react yet and due to the distance of 1mm in between the force sensor attached to the robot, force cannot be measured in the interval from 0 to 130 mbar. Pressure levels going over 1 bar were starting to produce some damage on the outside walls of the actuator, meaning, that internal cracks were already propagated trough the walls of the chamber. At the point of 1.1 bar, fissures caused by extreme elongation on the zones where the networks are connected showed up as seen in figure 8b. Fig. 8. a) Comparison to model at 1100 mbar pressurized state (rupture point), b) optical evaluation of the actuator begore rupture at a force state of 1100 mbar. 22 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Because the presented new triangular actuator design strongly diverges from the plain rod design presented in,19,28 it is still unclear which dimensioning of height to use for optimized results. The angled chambers need to be paired respect to, because this PneuNet design reasonably will generate most force at the base of the network. The height factorized by 2/3 is thus chosen for a) its geometrical explanation with respect to the triangular PneuNet shape and b) the observed match of model’s incline to the plots of the experiments. It can be noticed, that a quasi-linear relationship occurs in between pressure and force, with nearly 1N increment each 100 mbar (see figure 9). Despite this, a supply pressure over 1 bar caused damages up to rupture on the actuator, this said, there still no chance to provide a reliable safety factor. Design parameters such as already mentioned height need to be optimized for a better expected reliabiltiy. Fig. 9. 1 mm stepwise variation of computed chamber height illustrates the sensitivity of the mechanic model for statically pressurized PneuNets. Motion response Control of soft robots and actuators is mostly difficult due lack of good models that describe or represent their behavior. The complexity of such systems, has been hardly studied in recent works, such as in29 and.30 For this case, FESTO piezo pilot-controlled valves27 combined with model based proportional pressure regulation functions (i.e. ramps) are coupled with our soft actuator. The system is capable to supply up to 16 parallel air pressure continuous and cyclic signals (see figure 6) with a range of discrepancy in between the 25 mbar on each output. The linearity error for our system varies in between the 60-100 mbar and a maximum hysteresis of 25 mbar. In contrast, for small air volumes, the PID controller has a response sensitivity of 80 mbar. Therefore, the controller is activated not before a setpoint of 100 mbar, as it can be seen in figure 10, otherwise, the port is exhausted. Pressure sensors are directly integrated on the valves, with the model-based proportional pressure regulation, any pressure drops caused by a change in the pressure in the tubing or chambers, is calculated and compensated. Due to lack of material models and well-known problems on controlling such complex systems, this work is focused on the pure pressure regulation and control. It can be seen in figure 10 that a pressure stabilization time varies within the set point value. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 23 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. Fig. 10. ramp signal up to 600 mbar. The signal was given with a 5 s increment time, 20 s pressurized state and 5 s depressurization time. For higher pressure target points, the controller tends to regulate the pressure faster than for small volumes (<130mbar). In figure 10, for a target point of 600 mbar it took approximately 8 s for the controller to equilibrate the signal. In contrast to our comparison model taken from,19 and due the limitations of piezo valves, the possibility to control such small air volumes is difficult. Two-Element motion test One of the challenges of multi-body soft manipulators is to couple each element. We design a quick-change coupling system to increase the assembly and testing agility of our manipulator system. This work presents only a bending motion overview of two independent actuators interconnected to create a two-element fully additively manufactured soft robot manipulator. As presented in figure 11, it can be seen how the bending behaviour of one independent element is affected when adding more elements to the manipulator. Fig. 11. Deformation coordinates in mm for one plane at a 400 mbar pressure input. (a) one actuator, no pressure input; (b) one actuator, pressurized state; (c) two actuator and quick exchange coupling system, pressurized state. 24 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. This change in motion, will seriously affect the soft robotic manipulator dynamic characteristics. Such motion influences could translate into higher air pressurization levels in a multi-body configuration to achieve similar bending angles of independent actuators. Such input parameters need to be considered during the design phase in order to avoid a component failure due to inflation levels. In future works, these changes will be further investigated. Conclusions and future work In this work we have presented a design approach for AM that show how a typical stepwise casting process for silicon materials can be avoided. Which lead to an easy-to manufacture product. The additive manufactured actuator was designed in consideration to being additively manufactured and actuated with a set of three internal PneuNet type chambers and channels. The results showed that is possible to get a significant amount of tip force (11N) in a quasicontrolled environment. Considering that the actuator force can be increased while pressurizing more than one chamber, as not performed in this work yet, we will analyze how the simultaneous multi-axis behaves in the space and how the use of sequential signal inputs can achieve predefined primitive motions in order to implement basic pick & place operations in zones difficult to reach (i.e., automotive cockpit cabling). It was also demonstrated that to use this actuator altogether as a fully AM manipulator, the load force needs to be still incremented. A set of design parameters as the PneuNet height and length will be further investigated. Also, the use of a more robust actuator as the first element of our manipulator can help to increase the overall stiffness and increase maximum payload. The actuator has a mass of only 190 gr, while in a full multi-body configuration is planned to weight around 800 gr, while typically robotic arms e.g., a Universal Robot UR3 has a mass of 11.2 kg. This can imply that the harm that classical robots represent for workers in production environments can considerably be reduced using soft materials. Furthermore, more complex control methods will be investigated for an independent signal response of each chamber through the whole manipulator and a soft AM gripper. Dynamic behaviour for a multi-element soft manipulator needs to be further investigated and evaluated in a 3D spatial configuration. REFERENCES 1. K. Suzumori, “Development of Flexible Microactuator and Its Applications to Robotic M.” . 2. C. Schumacher, B. Bickel, J. Rys, S. Marschner, C. Daraio, and M. Gross, “Microstructures to control elasticity in 3D printing,” ACM Trans. Graph., vol. 34, no. 4, pp. 136:1-136:13, 2015, doi: 10.1145/2766926. 3. B. T. Phillips et al., “A Dexterous, Glove-Based Teleoperable Low-Power Soft Robotic Arm for Delicate Deep-Sea Biological Exploration,” Sci. Rep., vol. 8, no. 1, pp. 1–9, 2018, doi: 10.1038/s41598-018-33138-y. 4. I. De Falco, M. Cianchetti, and A. Menciassi, “Stiff-flop surgical manipulator: design and preliminary motion evalutaion,” 4th Jt. Work. New Technol. Comput. Assist. Surg., no. October 2014, pp. 131–134, 2014, doi: 10.13140/RG.2.1.3972.9124. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 25 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. 5. M. Hamad, N. Mansfeld, S. Abdolshah, and S. Haddadin, “The Role of Robot Payload in the Safety Map Framework,” IEEE Int. Conf. Intell. Robot. Syst., pp. 195–200, 2019, doi: 10.1109/IROS40897.2019.8968022. 6. O. D. Yirmibeşoğlu, T. Oshiro, G. Olson, C. Palmer, and Y. Mengüç, “Evaluation of 3D printed soft robots in radiation environments and comparison with molded counterparts,” Front. Robot. AI, vol. 6, no. MAY, pp. 1–14, 2019, doi: 10.3389/frobt.2019.00040. 7. O. D. Yirmibesoglu et al., “Direct 3D printing of silicone elastomer soft robots and their performance comparison with molded counterparts,” 2018 IEEE Int. Conf. Soft Robot. RoboSoft 2018, pp. 295–302, 2018, doi: 10.1109/ ROBOSOFT.2018.8404935. 8. I. De Falco, G. Gerboni, M. Cianchetti, and A. Menciassi, “Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery,” J. Vis. Exp., no. 105, pp. 1–9, 2015, doi: 10.3791/53118. 9. T. Ranzani, M. Cianchetti, G. Gerboni, I. De Falco, and A. Menciassi, “A Soft Modular Manipulator for Minimally Invasive Surgery: Design and Characterization of a Single Module,” IEEE Trans. Robot., vol. 32, no. 1, pp. 187–200, 2016, doi: 10.1109/TRO.2015.2507160. 10. K. M. de Payrebrune and O. M. O’Reilly, “On constitutive relations for a rodbased model of a pneu-net bending actuator,” Extrem. Mech. Lett., vol. 8, pp. 38–46, Sep. 2016, doi: 10.1016/J.EML.2016.02.007. 11. Z. Wang, R. Kanegae, S. Hirai, and W. E. T. Al, “Circular Shell Gripper for Handling Food Products,” vol. 00, no. 00, pp. 1–13, 2020, doi: 10.1089/ soro.2019.0140. 12. L. Marechal, P. Balland, L. Lindenroth, F. Petrou, C. Kontovounisios, and F. Bello, “Toward a Common Framework and Database of Materials for Soft Robotics,” Soft Robot., vol. 00, no. 00, 2020, doi: 10.1089/soro.2019.0115. 13. M. Manns, J. Morales, and P. Frohn, “Additive manufacturing of silicon based PneuNets as soft robotic actuators,” 2018, doi: 10.1016/j.procir.2018.03.186. 14. F. Schreiber, M. Manns, and J. Morales, “Design of an additively manufactured soft ring-gripper,” Procedia Manuf., vol. 28, pp. 142–147, Jan. 2019, doi: 10.1016/J.PROMFG.2018.12.023. 15. S. Rosset, O. A. Araromi, S. Schlatter, and H. R. Shea, “Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators,” J. Vis. Exp., no. 108, pp. 1–13, 2016, doi: 10.3791/53423. 16. P. Abbasi, M. A. Nekoui, M. Zareinejad, P. Abbasi, and Z. Azhang, “Position and Force Control of a Soft Pneumatic Actuator,” Soft Robot., vol. 00, no. 00, pp. 1–14, 2020, doi: 10.1089/soro.2019.0065. 17. D. Rus and M. T. Tolley, “Design, fabrication and control of soft robots,” Nature, vol. 521, no. 7553, pp. 467–475, 2015, doi: 10.1038/nature14543. 18. A. Raatz, S. Blankemeyer, G. Runge, C. Bruns, and G. Borchert, “Opportunities and Challenges for the Design of Inherently Safe Robots,” in Soft Robotics: Transferring Theory to Application, A. Verl, A. Albu-Schäffer, O. Brock, and A. Raatz, Eds. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2015, pp. 173–183. 26 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �An agile multi-body additively manufactured soft actuator for soft manipulators / Jorge Morales, et al. 19. P. Polygerinos et al., “Towards a soft pneumatic glove for hand rehabilitation,” IEEE Int. Conf. Intell. Robot. Syst., pp. 1512–1517, 2013, doi: 10.1109/ IROS.2013.6696549. 20. B. Mosadegh et al., “Pneumatic networks for soft robotics that actuate rapidly,” Adv. Funct. Mater., vol. 24, no. 15, pp. 2163–2170, 2014, doi: 10.1002/adfm.201303288. 21. J. A. Lenssen, H. Naghibi, and M. Abayazid, “Evaluation of design aspects of modular pneumatic soft robotic endoscopes,” RoboSoft 2019 - 2019 IEEE Int. Conf. Soft Robot., pp. 56–61, 2019, doi: 10.1109/ ROBOSOFT.2019.8722749. 22. J. Z. Gul et al., “3D printing for soft robotics–a review,” Sci. Technol. Adv. Mater., vol. 19, no. 1, pp. 243–262, 2018, doi: 10.1080/14686996.2018.143 1862. 23. M. Pérez, D. Carou, E. M. Rubio, and R. Teti, “Current advances in additive manufacturing,” Procedia CIRP, vol. 88, pp. 439–444, 2020, doi: 10.1016/ j.procir.2020.05.076. 24. T. B. Tuli and M. Manns, “Hierarchical motion control for real time simulation of industrial robots,” in CIRP Manufacturing Systems Conference 2019, 2019, vol. 00. 25. K. W. A.B. Spierings, M. Voegtlin, T. Bauer, “Materials Testing Standards for Additive Manufacturing of Polymer Materials :,” Prog Addit Manuf, vol. 1, pp. 9–20, 2015, doi: http://dx.doi.org/10.6028/NIST.IR.8059. 26. H.-T. Lin et al., “Softworms: the design and control of non- pneumatic, 3Dprinted, deformable robots Recent citations Softworms: the design and control of non-pneumatic, 3D-printed, deformable robots,” Bioinspir. Biomim, vol. 11, 2016, doi: 10.1088/1748-3190/11/2/025001. 27. D. M. App, “Motion Terminal VTEM,” pp. 1–36, 2019. 28. K. M. de Payrebrune and O. M. O’Reilly, “On constitutive relations for a rod-based model of a pneu-net bending actuator,” Extrem. Mech. Lett., vol. 8, no. 10, pp. 38–46, 2016, doi: 10.1016/j.eml.2016.02.007. 29. S. Ibrahim, J. C. Krause, and A. Raatz, “Linear and nonlinear low level control of a soft pneumatic actuator,” RoboSoft 2019 - 2019 IEEE Int. Conf. Soft Robot., vol. V, pp. 434–440, 2019, doi: 10.1109/ROBOSOFT.2019.8722737. 30. Z. Gong et al., “An opposite-bending-and-extension soft robotic manipulator for delicate grasping in shallow water,” Front. Robot. AI, vol. 6, no. APR, pp. 1–10, 2019, doi: 10.3389/frobt.2019.00026. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 27 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos B RESUMEN Este artículo presentan algunos de los aspectos más sobresalientes de la investigación y desarrollo de la acústica subacuática, así como reconoce el mérito de miembros de la Sociedad Americana de Acústica (Acoustics Society of America, ASA), quienes contribuyeron con su trabajo durante el período de la Segunda Guerra Mundial. Los resultados de tal trabajo se convirtieron en logros científicos y de ingeniería que aparecen en literatura sobre acústica. PALABRAS CLAVE Sociedad Americana de Acústica, sonar, detección submarina. ABSTRACT This paper presents some of the highlights about research and development of sub-aquatic acoustics, as well as it gives recognition to the members of the Acoustical Society of America (ASA), who contributed with their work along the Second World War. The results of such work have turned into scientific and engineering achievements, which are published in literature about acoustics. KEYWORDS Acoustic Society of America, sonar, submarine detection. Introducción La imagen fotoacústica tiene el potencial de proporcionar el diagnóstico no invasivo de numerosas enfermedades frecuentes, en tiempo real, debido a la capacidad única de la tecnología para visualizar cambios moleculares profundos dentro del tejido vivo con resolución espacial comparable al ultrasonido. La imagen fotoacústica es una técnica de imagen híbrida que combina la capacidad de contraste y la sensibilidad espectral de la imagen óptica con la resolución y la capacidad de penetración en el tejido del ultrasonido. Durante el proceso de obtención de imágenes fotoacústicas, los materiales absorben la energía de la luz y convierten la luz en calor mediante la relajación no radiativa. Cuando los materiales se calientan, se expanden en tamaño debido a sus propiedades termoelásticas, que generan una onda de presión. Estas ondas pueden propagarse a través del entorno circundante para ser detectadas en la superficie. Este efecto es familiar para cualquiera que haya experimentado una tormenta de verano, un 28 Traducción al español con la colaboración de Leonardo Treviño Arrambide y Daniela Alejandra Gutiérrez Dimas. Departamento de Ingeniería Biomédica Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación C Departamento de Ingeniería Biomédica y Computación Universidad de Texas en Austin Austin, Texas 78712 carolynb@tulane.edu A “Photoacoustic imaging for medical diagnostics. Vol. 8, Issue 4, 2012. ”. https://acousticstoday.org/photoacoustic-imaging-for-medical-diagnostics-carolyn-l-bayer/ Reproduced with permission from Acoustics Today (www.acousticstoday.org). Copyright 2012, Acoustical Society of America. Carolyn L. BayerA, Geoffrey P. LukeB, Stanislav Y. EmelianovC Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. rayo calienta rápidamente el aire, resultando en que éste se expande y genera un trueno audible. En general, el calentamiento induce la expansión del material (por ejemplo el efecto termoacústico) podría ser causado por muchas formas de transferencia de energía, pero el término “fotoacústica” especifica la conversión de luz en calor, resultando en la generación de ondas sonoras características. El efecto fotoacústico fue descubierto por primera vez por Alexander Graham Bell en 1880.1 A partir de sus experimentos dedujo que una luz brillante intermitente podría calentar ópticamente materiales absorbentes, causando la expansión del material de una manera que genere ondas vibratorias audibles. Bell demostró que las fibras más oscuras producen sonidos más fuertes que las fibras más claras, un principio que es consistente con la relación fotoacústica general en uso hoy en día, la amplitud de la señal fotoacústica generada es proporcional a la cantidad de luz absorbida. Bell también mostró, al separar la luz blanca con un prisma, ciertas combinaciones de color de la luz y las fibras podrían generar un sonido más fuerte. Hoy la imagen fotoacústica de longitudes de onda múltiples utiliza este mismo principio, cambiando la longitud de onda de la luz y correlacionando la amplitud de la respuesta fotoacústica con los espectros de absorción de los materiales que se están fotografiando. Una aplicación moderna del efecto fotoacústico es la generación de imágenes médicas de cromóforos biológicos típicamente presentes en el tejido, que pueden absorber la energía de la luz resultando en la generación de transitorios fotoacústicos. Las ondas de presión fotoacústica pueden ser recibidas por transductores de ultrasonido en la superficie externa del tejido, haciendo que la imagen fotoacústica sea un método de imagen médica no invasivo y no ionizante capaz de resolución similar al ultrasonido, a una profundidad de tejido significativa. Las imágenes médicas fotoacústicas se propusieron por primera vez a mediados de la década de 1990, 2,3 y los reportes iniciales sobre el uso del efecto fotoacústico para imágenes de animales vivos se publicaron nueve años después. Hoy existen muchas demostraciones in vivo de imágenes fotoacústicas de aplicaciones biomédicas relevantes para el diagnóstico médico, incluyendo cáncer,5,6 función vascular cerebral,7-9 y cardiovasculares,10 e ingeniería de soporte de tejido, 11,12 impulsando avances traslacionales en imagen clínica fotoacústica.13 Mientras que los métodos de imagen médica existentes, incluyendo el ultrasonido, son capaces de producir imágenes de lo que está debajo de la piel, la mayoría de ellos proporcionan contraste entre las características anatómicas dentro del tejido. Por ejemplo, la diferencia en la impedancia acústica entre el tejido blando y un tumor proporcionan contraste dentro de una imagen de ultrasonido. Aunque la anatomía es crítica para entender la imagen, en muchas enfermedades la anatomía por sí sola no se puede utilizar para dar un diagnóstico determinado de manera concluyente. En cambio, las propiedades fisiológicas y bioquímicas del sistema influyen en la progresión de la enfermedad y, por tanto, en el pronóstico del paciente. Se requieren capacidades de imagen funcional para proporcionar información fisiológica, mientras que la información bioquímica puede ser proporcionada por imágenes moleculares. En comparación con el ultrasonido, la imagen fotoacústica proporciona capacidades mejoradas para la imagen funcional y molecular. Por ejemplo, la saturación de oxígeno en la sangre, una importante propiedad funcional relevante para muchos procesos de Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 29 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. enfermedad, puede evaluarse mediante fotoacústica.7 La imagen fotoacústica también puede proporcionar información molecular mediante el uso de una sonda o un trazador, que puede ser utilizada para generar el contraste necesario para producir una imagen.14 Debido al potencial para realizar imágenes funcionales y moleculares in vivo no invasivas en tiempo real, la imagen fotoacústica se está aplicando cada vez más como método clínico y preclínico destinado a mejorar el diagnóstico médico. ANTECEDENTES En un sistema de imagen fotoacústica contemporáneo, se utiliza un láser pulsado de nanosegundos para generar ondas de presión transitoria, que son recibidas por un transductor de ultrasonido y procesada para formar imágenes de tejido biológico (figura 1). En una configuración típica, el pulso de luz emitido por el láser va acompañado de una señal de disparo enviada al hardware del sistema de imagen, coordinando Fig. 1. Instrumentación y componentes principales de procesamiento que comprenden un sistema combinado de ultrasonido y fotoacústica. La señal fotoacústica, generada por la absorción óptica de energía láser por la muestra, se recibe por un transductor de ultrasonido, formada y procesada para formar una imagen fotoacústica. El transductor emite el ultrasonido, adecuadamente formado por haces, y el ultrasonido reflejado es recibido, formado por rayos y procesado para formar la imagen de ultrasonido. la adquisición de la señal fotoacústica. Después de la emisión del pulso láser, las señales fotoacústicas generadas por los absorbentes ópticos dentro del campo de visión son recogidas por el transductor (figura 2). Al igual que con el ultrasonido, el momento en que se recibe la señal fotoacústica está relacionado con la profundidad del objeto absorbente dentro de la muestra por la velocidad del sonido en el tejido. Los sistemas multimodales, combinando ultrasonido y fotoacústica, aplican un retardo de tiempo (τPA) después de la señal de disparo láser, como se muestra en la figura 2, después del cual la señal de ultrasonido es transmitida y recibida para ser procesada utilizando técnicas usuales. Debido a las similitudes en el hardware del sistema y el diseño de procesamiento entre la imagen fotoacústica 30 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. Fig. 2. Generación de señales fotoacústicas y ultrasónicas. (a) El pulso láser es dispersado y absorbido por la muestra. (b) La absorción que conduce al calentamiento genera una onda de presión transitoria que es recibida por el transductor. (c) Después de un retraso, τPA, el ultrasonido se transmite y recibe durante el período de tiempo 2• τPA. y la ecografía, un sistema de ultrasonido existente puede ser modificado para adquirir señales fotoacústicas sin más esfuerzo que mediante la adición de una fuente de luz pulsada, realizando modificaciones menores de hardware para programar adecuadamente las señales transmitidas y recibidas, y modificar la interfaz de usuario del software y los métodos de procesamiento de señales. Varias compañías están comercializando sistemas fotoacústicos integrados para imágenes de animales pequeños, mostrados en la figura 3, y es probable que pronto entren más en el mercado (dato de 2012). Estos sistemas se dividen en dos categorías diseñadas para utilizar un escáner de ultrasonido lineal traducible con el formado del haz de retardo y suma, o un conjunto fijo de transductores con reconstrucción de imágenes de tomografía computarizada. Los sistemas de escaneo fotoacústico lineal producen una visión bidimensional (2D) de una sola proyección, y luego se escanean en una tercera dimensión, un método de imagen volumétrica análogo a los sistemas de ultrasonido clínicos no invasivos de uso común, donde se barre manualmente a lo largo de la superficie del tejido con un arreglo de transductores. Los sistemas tomográficos utilizan una serie de transductores, a menudo colocados en un anillo alrededor del objeto que se está fotografiando, y luego usan algoritmos de reconstrucción para reproducir la imagen. Visual Sonics Inc. comercializa el Vevo LAZR (Figura 3a), que utiliza su pequeña plataforma de ultrasonido animal de alta resolución (Vevo 2100) en combinación con un láser pulsado nanosegundo sintonizable. Cuando la imagen de cuerpo entero es una prioridad, el sistema de tomografía optoacoustica multiespectral (Figura 3b), producido por iThera Medical, guía el haz láser para iluminar un anillo de luz alrededor del animal que está siendo fotografiado, y luego se mueve en la tercera dimensión para adquirir imágenes volumétricas. 15 El Nexus 128 (Figura 3c), producido por Endra, proporciona un sistema fotoacústico tomográfico alternativo. Todos estos sistemas consisten en una fuente de láser sintonizable que proporciona luz infrarroja cercana (NIR) aproximadamente entre 680 y 970 nm. La elección de un sistema de exploración Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 31 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. Fig. 3. Sistemas de imagen fotoacústica preclínica disponibles en el mercado. o tomografía depende en gran medida de la aplicación. El usuario debe considerar la resolución alcanzable, que depende de la frecuencia central y el ancho de banda del transductor, el formador del haz o algoritmos de reconstrucción implementada, y también la sensibilidad alcanzable, que está influenciado por la fluencia de la luz y la distribución entregada dentro del tejido. Un sistema de escaneo por ultrasonido generalmente será más flexible, acomodando una variedad de tipos de animales, y potencialmente proporcionando múltiples matrices de transductores optimizados para diferentes profundidades de escaneo. Un sistema de imagen fotoacústica basado en una plataforma de escáner de ultrasonido proporciona técnicas adicionales de imagen funcional (como el modo Doppler de ultrasonido) para proporcionar información anatómica y funcional. En contraste, los sistemas tomográficos son capaces de adquirir datos volumétricos en un tiempo más corto, y tienen menos ruido en forma de mota fotoacústica debido a la distribución espacial del anillo transductor. Sin embargo, las aplicaciones clínicas de un sistema de tomografía fotoacústica serán limitadas, con una notable excepción; la imagen tomográfica fotoacústica del tejido mamario.16 Mientras que los absorbentes ópticos que se encuentran de forma natural en el cuerpo, como la hemoglobina, los lípidos y la melanina, pueden utilizarse para generar imágenes ópticas, el uso de agentes de contraste de imagen de tamaño nanométrico permiten que la imagen fotoacústica se vuelvan verdaderamente “molecular” en el metodo de imagen in vivo.17,18 El contraste fotoacústico puede mejorarse mediante el uso de fragmentos moleculares o nanopartículas sintetizadas químicamente. Las nanopartículas inorgánicas son de especial interés, debido a su flexibilidad con respecto a la forma, tamaño y química de la superficie. Estas características se pueden optimizar para mejorar la entrega de las nanopartículas al tejido de interés, como los tumores cancerosos.19 Si la superficie de nanopartículas es modificada mediante la adición de un medio capaz de ser dirigido, estos agentes se vuelven agentes de imagen molecular, dado que las nanopartículas blanco deberían retenerse preferentemente dentro de la región del tejido que expresa el objetivo. Además, las nanopartículas metálicas de oro o plata, hay varios ejemplos, que se muestran en la figura 4, tienen resonancia de plasmón superficial, lo que significa que los electrones de valencia de los átomos oscilan colectivamente a una frecuencia característica. 32 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. Fig. 4. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión de nanopartículas metálicas plasmónicas que se han utilizado para la obtención de imágenes fotoacústicas in vivo. (a) Nanoesferas de oro; b) Nanoplacas de plata; c) Nanovarillas de oro recubiertas de sílice. Barras de escala = 100 nm. Cuando la luz incidente está en la misma frecuencia que la resonancia de plasma de superficie, esa luz es absorbida muy eficientemente y convertida en calor, haciendo de las nanopartículas metálicas excelentes agentes de contraste para la imagen fotoacústica. Las nanopartículas que se dirigen molecularmente se pueden arreglar para su entrega a tejidos particulares en función del tamaño, la forma y las propiedades de la superficie, mientras que la alta absorción óptica de nanopartículas metálicas genera una fuerte señal fotoacústica y proporciona un alto contraste con el tejido circundante. Mediante el uso de nanopartículas metálicas, también podemos ajustar sus propiedades de absorción óptica para aprovechar la “ventana óptica de tejido”. Dentro de esta región de longitud de onda, entre aproximadamente 600 nm a 1300 nm, la absorción óptica del tejido nativo es relativamente baja, por lo que la luz puede penetrar más profundamente en el tejido, permitiendo la adquisición de imágenes fotoacústicas a profundidades de tejido significativamente mayores. Mediante imágenes en longitudes de onda que no son altamente absorbidas en los tejidos, el efecto fotoacústico puede utilizarse para generar imágenes moleculares de alta resolución in vivo a una profundidad de tejido significativa. Sigue habiendo dudas sobre la seguridad de las nanopartículas metálicas para su uso en el cuerpo humano.20,21 De hecho, todavía se desconoce mucho sobre su toxicidad a corto y a largo plazo, pero muchos grupos están estudiando estos efectos,21 y tres estudios clínicos de metodologías basadas en nanopartículas de oro para el tratamiento del cáncer están en marcha o se han completado.22 Además, la obtención de imágenes fotoacústicas podría contribuir a mejorar la comprensión de los mecanismos de biodistribución y aclaramiento que afectan a la toxicidad de las nanopartículas. Diagnóstico de imágenes fotoacústicas En nuestros estudios, la información anatómica, funcional y molecular se adquirió utilizando una combinación de ultrasonido y de imágenes multilongitud de onda de ratones in vivo portadores de tumores cancerosos. Todos los métodos siguen protocolos aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Texas en Austin. Primero, desarrollamos un pequeño modelo animal de cáncer de mama que consistía en dos tumores establecidos a partir de líneas celulares de cáncer de mama humano con expresión de biomarcador de células diferenciales. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 33 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. Para este pequeño modelo animal, iniciamos tumores dentro de la almohadilla de grasa mamaria usando inyecciones de células cancerosas BT-474, que sobreexpresan el receptor celular HER2, y células cancerosas MDA-MB-231, que sobre-expresan la integrina αvβ3, presente en la superficie celular de las células epiteliales de neovasculatura. Las nanovarillas de oro fueron elegidas como el agente de contraste molecular ya que, además de ser altamente absorbente, ópticamente, debido a los efectos de resonancia de plasma de superficie, sus espectros de absorción óptica pueden sintonizarse cambiando su relación de aspecto.23 Sintonizando nanovarillas para tener diferentes longitudes de onda de absorción óptica de pico, es posible distinguir entre múltiples agentes de contraste nanovarilla a través de imágenes fotoacústicas de longitudes de onda múltiples.24 Recubrimos las nanovarillas con sílice amorfa, lo que mejora la estabilidad térmica de la nanovarilla de oro 25 y la eficiencia de generación de señales fotoacústicas.26 Sílice-nanovarillas recubiertas con dos relaciones de aspecto diferentes fueron modificados químicamente para fijar anticuerpos de orientación, lo que permite que la nanopartícula sea absorbida preferentemente por las células tumorales.24 Los agentes de contraste se inyectaron en el torrente sanguíneo de un ratón que hacía crecer los tumores. Los agentes de contraste inyectados se distribuyen a través del sistema circulatorio, y se infiltran a través de los tejidos del ratón, incluyendo los tumores cancerosos. La región tumoral del ratón fue fotografiada usando un escáner de ultrasonido animal pequeño de alta frecuencia Vevo 2100 (Visualsonics Inc.), integrado con un láser pulsado nanosegundo Spectraphysics Quantaray Pro Nd:YAG con un oscilador paramétrico óptico GWU Premiscan (OPO) para sintonizar la longitud de onda de la luz. Se utilizó un haz de fibra óptica para entregar la luz láser a ambos lados de un conjunto de transductores lineales. El sistema se utilizó para entregar entre 10-20 mJ/cm2 de luz en un rango de longitudes de onda de 680-930 nm. Un transductor de ultrasonido de 21 MHz (MS250, Visualsonics Inc.) recogió las señales fotoacústicas en cada longitud de onda, seguido de la transmisión de ultrasonido y la recepción del ultrasonido reflejado por el mismo transductor, dando lugar a imágenes de ultrasonidos y fotoacústicas registradas conjuntamente. Se utilizó un motor de paso lineal para traducir la construcción del transductor y del haz de fibra, en pasos de 150 µm, para adquirir imágenes fotoacústicas y de ultrasonido en la tercera dimensión, promediando cuatro señales fotoacústicas en cada paso. El ultrasonido tridimensional (3D) y las imágenes fotoacústicas fueron capturadas en un volumen que rodeaba los dos tumores dentro de la almohadilla de grasa mamaria del ratón. La amplitud de la señal fotoacústica recibida depende de la longitud de onda de la luz láser utilizada para iluminar la muestra. Esta dependencia puede ser sin mezclar en los espectros de absorción individuales de los absorbentes dentro del tejido oxyhemoglobina, deoxihemoglobina, nanopartículas 1 y nanopartículas 2. Se utilizó un método lineal de error espectral mínimo cuadrado en el que se suponía que cada voxel contenía una combinación de los cuatro absorbentes ópticos.27 En este método, la señal fotoacústica inicial, situado en una posición dentro de la imagen, depende de la concentración de los absorbentes en la región, la fluencia láser, y el parámetro Grüneisen.28 Los espectros de absorción óptica de hemoglobina se obtuvieron de la literatura29 y los espectros de nanopartículas se midieron utilizando UV-Espectroscopia de Vis (lector de 34 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. microplacas Synergy HT, Biotek Instruments, Inc.). Si el problema espectral separa está sobreentrenado, que se logra adquiriendo datos fotoacústicos en más longitudes de onda que el número de absorbedores presentes en el tejido, entonces se puede obtener una estimación de error cuadrado medio mínimo para las concentraciones del absorbente. Las concentraciones estimadas de desoxihemoglobina, oxihemoglobina, nanopartículas 1 y nanopartículas 2 se muestran usando colormaps azul, rojo, verde y violeta, respectivamente. Para separación espectral, los datos fueron promediados en voxels de tamaño 500 µm 200 µm 300 µm. Las imágenes de los absorbedores ópticos fueron superpuestas en imágenes de ultrasonido en escala de grises para visualizar la anatomía en la región. Se generaron imágenes anatómicas 3D de alta resolución de la región tumoral mediante el procesamiento de las señales de ultrasonido recibidas por el sistema integrado de ultrasonido y de imagen fotoacústica (figura 5). En la figura 5a, una imagen 3D de una sola longitud de onda de imagen fotoacústica, superpuesta en la imagen de ultrasonido, muestra claramente la anatomía dentro de la región de imágenes del ratón, incluyendo la vasculatura (en color, proporcionada por la imagen fotoacústica), y la capa de piel y el fémur dentro de la pierna (en escala de grises, proporcionada por la imagen de ultrasonido).En nuestro modelo de ratón podemos identificar las regiones tumorales mediante la localización de dos regiones hipoecoicas bajo la piel, como se muestra en la ecografía 2D en la figura 5b. De la señal fotoacústica (figuras 5c y 5d), está claro que hay absorbentes de luz dentro de la piel, absorción de luz de la vasculatura que rodea los tumores, y de los propios tumores. Si bien tanto el ultrasonido como las imágenes fotoacústicas indican la presencia de tumores, las imágenes anatómicas por sí solas no proporcionan información suficiente para diagnosticar la malignidad, ya que la precisión del ultrasonido en la distinción de tumores benignos y malignos es insuficiente.30 Fig. 5. Imágenes anatómicas fotoacústicas y ecográficas in vivo. (a) Superposición 3D de imágenes fotoacústicas y de ultrasonido de la parte superior de la pierna/ región abdominal. La caja azul muestra el plano de imagen 2D de (b-d). (b) Imagen ecográfica que muestra dos tumores hipoecoicos. (c) Imagen fotoacústica, adquirida utilizando una longitud de onda láser de 850 nm. (d) Superposición de imágenes fotoacústicas y ultrasónicas. Barras de escala = 2 mm. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 35 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. Mientras que el ultrasonido in vivo y las imágenes fotoacústicas de longitud de onda única en la figura 5 proporcionan información anatómica de alta resolución, se desconoce la composición celular del tumor, y por lo tanto somos incapaces, en esta etapa de la imagen, para identificar las características funcionales o la expresión molecular celular, que podría ayudar en la identificación de un tumor benigno canceroso. Las imágenes fotoacústicas funcionales, por ejemplo la saturación de oxígeno en la sangre del tumor, podrían proporcionar criterios adicionales para evaluar la función tumoral. Adquirimos información funcional mediante la detección de señales fotoacústicas en múltiples longitudes de onda láser y la destrucción espectral de las señales como se describe anteriormente. Para la obtención de imágenes funcionales del modelo animal descrito anteriormente, adquirimos señales fotoacústicas generadas por luz láser entre 680-850 nm. Como se muestra en la figura 6, podemos observar la saturación de oxígeno de la sangre dentro del tejido normal y dentro de las regiones tumorales. Las concentraciones estimadas de desoxihemoglobina y oxihemoglobina se muestran usando una escala de color que va desde azul (0% saturación de oxígeno) a rojo (100% saturación de oxígeno). La imagen 3D que se muestra en la figura 6a indica la distinción del flujo venuo del flujo arterial dentro de la vasculatura del tejido de la imagen. Mientras que el estudio de la vasculatura tiene relevancia para algunos nichos de diagnósticos médicos, más significativamente, podemos utilizar la información funcional proporcionada por la imagen fotoacústica multilongitud de onda para estudiar la saturación de oxígeno en la sangre del tumor. Fig. 6. Imagen funcional in vivo de la saturación de oxígeno en sangre. (a) Superposición 3D de porcentaje de saturación de oxígeno en sangre, determinada a partir de la destrucción espectral de la señal fotoacústica multilongitud de onda, y la imagen de ultrasonido. El volumen es de 23 mm (ancho) x 6 mm (alto) x 7 mm (dirección escaneada). (b) 2D rebanada del porcentaje de saturación de oxígeno en sangre y la señal de ultrasonido. La flecha negra indica una región hipóxica dentro de un tumor. Barras de escala = 2mm. 36 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. Los tumores malignos hipóxicos tienen un pronóstico peor, lo que hace que la saturación de oxígeno en la sangre sea útil para la evaluación del tratamiento y la respuesta terapéutica.31 Como se muestra en la figura 6b, hay una región hipóxica dentro del núcleo del tumor fotografiado. Esta menor saturación de oxígeno es probable debido a la alta actividad metabólica de las células ubicadas dentro de esa región, lo que lleva a una entrega insuficiente de oxígeno dentro del tumor. La imagen fotoacústica funcional de la saturación de oxígeno en sangre podría utilizarse para estudiar la respuesta del tumor al tratamiento terapéutico, no invasivo, en tiempo real y durante largos períodos de crecimiento tumoral. Por último, podemos seguir procesando las imágenes fotoacústicas para ver la señal que se correlaciona con los espectros de absorción óptica de los agentes de contraste inyectados. En los estudios que se muestran aquí, hemos utilizado nanovarillas de oro recubiertas de sílice, pero es importante señalar que una gran variedad de agentes de contraste se pueden utilizar con éxito para la imagen fotoacústica molecular; 32 imágenes fotoacústicas in vivo con contraste mejorado se ha demostrado con el azul de metileno de color aprobado por la FDA,33 con nanoesferas de oro,27 o con nanoplacas de plata.34 Como se muestra en la figura 7, dentro de nuestro modelo de ratón, las regiones de acumulación de nanopartículas corresponden a las regiones tumorales identificadas con la ecografía y la imagen fotoacústica funcional de la saturación de oxígeno en sangre. Con el tiempo, hay un aumento en la señal atribuida a los agentes de contraste de nanopartículas dentro de la región tumoral (figuras 7b y 7c). La acumulación de nanopartículas podría deberse a dos efectos. Se sabe que los tumores tienen vasculatura con fugas, lo que permite una mayor entrega de partículas de tamaño nano a través del efecto mejorado de permeabilidad y retención. Además, las nanopartículas inyectadas fueron bioconyugadas a anticuerpos específicos para receptores celulares sobre expresados sobre tipos celulares utilizados para iniciar los tumores, por lo que es probable que el objetivo activo mejore la retención de las nanopartículas específicas dentro de la región tumoral. Este ejemplo demuestra cómo el uso de nanopartículas puede proporcionar información molecular sobre la expresión celular del tumor. Fig. 7. Imagen molecular in vivo de la acumulación de agentes de contraste dentro de un tumor dirigido. La señal fotoacústica de longitudes de onda múltiples se mezcló en dos componentes correspondientes a dos agentes de contraste diferentes, nanopartículas 1 (NP1) y nanopartículas 2 (NP2). (a) Superposición 2D de imagen de ultrasonido, distribución de NP1 y NP2 antes de la inyección del agente de contraste, mostrando una señal fotoacústica de fondo mínima. La acumulación de NP1 y NP2 dentro del tumor se muestra (b) 8 horas y (c) 24 horas después de la inyección intravenosa. Barras de escala = 1 mm. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 37 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. De esta manera, la fotoacústica combina los beneficios de la resolución óptica de alto contraste de las sondas de interacción luminosa, con las capacidades de profundidad de imagen del ultrasonido. Conclusiones La fortaleza de la imagen fotoacústica está en su capacidad hacer imagenes de cambios funcionales y moleculares, a una profundidad de tejido significativa, en animales vivos. Los investigadores acaban de empezar a explotar las técnicas de imagen fotoacústica para emprender nuevos descubrimientos de las características funcionales y moleculares del cáncer, las enfermedades cardiovasculares y las enfermedades neurológicas. Concebimos la imagen fotoacústica como una herramienta crítica en el diagnóstico médico y la terapia guiada por imágenes en el futuro. Mientras que la mayoría de las aplicaciones de imagen funcional fotoacústica hasta ahora han utilizado fuentes de contraste que están presentes naturalmente, también es posible introducir agentes de contraste de activación bioquímica para la imagen funcional. Por ejemplo, existen muchos pigmentos que cambian su espectro de absorción óptica en base al pH, o en presencia de una enzima. Al añadir un agente de contraste activable, podemos utilizar el cambio en la intensidad de la señal fotoacústica de longitudes de onda múltiples para proporcionar información cuantitativa sobre el entorno bioquímico dentro de los tejidos, y monitorear los cambios en este entorno. Mientras que este artículo se centra en la imagen, también es de notar que existe una sinergia natural entre la imagen fotoacústica y la terapia. Por ejemplo, la terapia térmica se puede lograr mediante el uso de una fuente de luz continua para calentar los absorbedores ópticos utilizados para el contraste fotoacústico, a una temperatura que puede conducir a la destrucción de las células y el tejido circundante.35 Adicionalmente, Los agentes de contraste fotoacústicos multimodales pueden diseñarse para proporcionar la entrega de moléculas terapéuticas activadas por láser, por ejemplo, utilizando un recubrimiento de polímero sensible a la temperatura,36 o utilizando el calor para liberar terapias covalentes.37 La imagen fotoacústica no está exenta de limitaciones. Al igual que el ultrasonido, la resolución estará limitada físicamente por la relación inversa entre la profundidad de la imagen y la frecuencia del ultrasonido a medida que la frecuencia aumenta, la resolución también aumenta, sin embargo la atenuación de la señal es mayor en frecuencias más altas, lo que lleva a limitaciones en la profundidad de la imagen. La sensibilidad se ve afectada por la dispersión de la luz dentro del tejido, sin embargo nuevas técnicas para maximizar la señal al ruido, incluyendo agentes de contraste mejorados, y variando las características de la luz láser, pueden ayudar a minimizar la señal de fondo. Otras limitaciones incluyen que el tiempo requerido para escanear el lograr una alta resolución lateral depende de un haz estrecho, lo que significa que el transductor receptor (en sistemas de escaneo) o el objeto que está siendo fotografiado (en sistemas tomográficos) debe ser escaneado en una tercera dimensión para ampliar el campo de visión. Esta limitación de tiempo limita la resolución temporal de la información funcional y molecular que puede obtenerse a la escala de tiempo de minutos. Actualmente, sólo existen en el mercado sistemas preclínicos de obtención de imágenes fotoacústicas, pero la información funcional y molecular adicional disponible a través de esta modalidad de obtención de 38 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. imágenes significará su creciente uso en estudios preclínicos, proporcionar los antecedentes de investigación necesarios para las adaptaciones clínicas. REFERENCIAS 1. 1. A. G. Bell, “On the production and reproduction of sound by light,” Am. J. Sci. 20, 305-324 (1880). 2. R. A. Kruger “Photoacoustic ultrasound,” Med. Phys. 21, 127- 131 (1994). 3. A. A. Oraevsky, S. L. Jacques, R. O. Esenaliev, and F. K. Tittel “Time-resolved optoacoustic imaging in layered biological tissues,” OSA Proc.Advances in Optical Imaging and Photon Migration 21, 161-165 (1994). 4. X. Wang, Y. Pang, G. Ku, X. Xie, G. Stoica, and L. V. Wang “Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain,” Nature Biotechnol. 21, 803-806 (2003). 5. S. Mallidi, G. P. Luke, and S. Emelianov “Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance,” Trends in Biotechnol. 29, 213221 (2011). 6. J. Laufer, P. Johnson, E. Zhang, B. Treeby, B. Cox, B. Pedley, and P. Beard “In vivo preclinical photoacoustic imaging of tumor vasculature development and therapy,” J. Biomed. Optics 17, 056016-1 (2012). 7. E. W. Stein, K. Maslov, and L. V. Wang “Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy, ” J. Biomed. Optics 14, 020502- 020502 (2009). 8. J. Laufer, E. Zhang, G. Raivich, and P. Beard “Three-dimensional noninvasive imaging of the vasculature in the mouse brain using a high resolution photoacoustic scanner,” Appl.Optics 48, D299-306 (2009). 9. V. Tsytsarev, K. I. Maslov, J. Yao, A. R. Parameswar, A. V. Demchenko, and L. V. Wang “In vivo imaging of epileptic activity using 2-nbdg, a fluorescent deoxyglucose analog,” J. Neurosci. Methods 203, 136-140 (2012). 10. A. Taruttis, E. Herzog, D. Razansky, and V. Ntziachristos “Realtime imaging of cardiovascular dynamics and circulating gold nanorods with multispectral optoacoustic tomography,” Optics Express 18, 19592-19602 (2010). 11. X. Cai, B. S. Paratala, S. Hu, B. Sitharaman, and L. V. Wang “Multiscale photoacoustic microscopy of single-walled carbon nanotube-incorporated tissue engineering scaffolds,” Tissue Engineering Part C Methods 18, 310317 (2012). 12. S. Y. Nam, L. M. Ricles, L. J. Suggs, and S. Y. Emelianov “In vivo ultrasound and photoacoustic monitoring of mesenchymal stem cells labeled with gold nanotracers,” PLoS ONE 7, e37267 (2012). 13. D. Piras, W. Xia, W. Steenbergen, T. van Leeuwen, and S. G. Manohar “Imaging breast lesions using the twente photoacoustic mammoscope: Ongoing clinical experience,” Proc. SPIE 8223, 82231-82230C (2012). 14. G. P. Luke, D. Yeager, and S. Y. Emelianov “Biomedical applications of photoacoustic imaging with exogenous contrast agents,” Ann. Biomed. Eng. 40, 422-437 (2012). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 39 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. 15. D. Razansky, A. Buehler, and V. Ntziachristos “Volumetric realtime multispectral optoacoustic tomography of biomarkers,” Nature Protocols 6, 1121-1129 (2011). 16. R. A. Kruger, R. B. Lam, D. R. Reinecke, S. P. Del Rio, and R. P. Doyle “Photoacoustic angiography of the breast,” Med. Phys. 37, 6096-6100 (2010). 17. A. Agarwal, S. W. Huang, M. O’Donnell, K. C. Day, M. Day, N. Kotov, and S. Ashkenazi “Targeted gold nanorod contrast agent for prostate cancer detection by photoacoustic imaging,” J. Appl. Phys. 102 (2007). 18. P.-C. Li, C.-R. C. Wang, D.-B. Shieh, C.-W. Wei, C.-K. Liao, C. Poe, S. Jhan, A.-A. Ding, and Y.-N. Wu “In vivo photoacoustic molecular imaging with simultaneous multiple selective targeting using antibody-conjugated gold nanorods,” Optics Express 16, 18605-18615 (2008). 19. R. K. Jain, and T. Stylianopoulos “Delivering nanomedicine to solid tumors,” Nature Reviews Clinical Oncol. 7, 653-664 (2010). 20. R. Goel, N. Shah, R. Visaria, G. F. Paciotti, and J. C. Bischof“Biodistribution of tnf-alpha-coated gold nanoparticles in an in vivo model system,” Nanomedicine 4, 401-410 (2009). 21. N. Khlebtsov, and L. Dykman “Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: A review of in vitro and in vivo studies,” Chem. Soc. Rev. 40, 1647-1671 (2011). 22. Clinicaltrials.gov [Internet] Bethesda: U.S. National Institutes of Health. 2000- [cited 2012 Sept 1]. Available from: http://www.clinicaltrials.gov/. 23. P. K. Jain, K. S. Lee, I. H. El-Sayed, and M. A. El-Sayed “Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: Applications in biological imaging and biomedicine,” J. Phys. Chem. B 110, 7238-7248 (2006). 24. C. L. Bayer, Y. S. Chen, S. Kim, S. Mallidi, K. Sokolov, and S. Emelianov “Multiplex photoacoustic molecular imaging using targeted silica-coated gold nanorods,” Biomed. Optics Express 2, 1828-1835 (2011). 25. Y.-S. Chen, W. Frey, S. Kim, K. Homan, P. Kruizinga, K. Sokolov, and S. Emelianov “Enhanced thermal stability of silica-coated gold nanorods for photoacoustic imaging and image-guided therapy,” Optics Express 18, 88678878 (2010). 26. Y. S. Chen, W. Frey, S. Kim, P. Kruizinga, K. Homan, and S. Emelianov “Silica-coated gold nanorods as photoacoustic signal nanoamplifiers,” Nano Lett. 11, 348-354 (2011). 27. S. Kim, Y.-S. Chen, G. P. Luke, and S. Y. Emelianov “In vivo threedimensional spectroscopic photoacoustic imaging for monitoring nanoparticle delivery,” Biomed. Optics Express 2, 2540-2550 (2011). 28. S. Kim, Y.-S. Chen, G. P. Luke, and S. Y. Emelianov “In vivo threedimensional spectroscopic photoacoustic imaging for monitoring nanoparticle delivery,” Biomed. Optics Express 2, 2540-2550 (2011). 29. S. Prahl “Optical absorption of hemoglobin,” (Oregon Medical Laser Center) (1999). 40 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Imágenes fotoacústicas para diagnósticos médicos / Carolyn L. Bayer, et al. 30. C. Sehgal, S. Weinstein, P. Arger, and E. Conant “A review of breast ultrasound,” J. Mammary Gland Biology and Neoplasia 11, 113-123 (2006). 31. A. L. Harris “Hypoxia--a key regulatory factor in tumour growth,” Nature Reviews Cancer 2, 38-47 (2002). 32. G. P. Luke, D. Yeager, and S. Y. Emelianov “Biomedical applications of photoacoustic imaging with exogenous contrast agents,” Ann. Biomed. Eng. 40, 422-437 (2012). 33. K. H. Song, E. W. Stein, J. A. Margenthaler, and L. V. Wang “Noninvasive photoacoustic identification of sentinel lymph nodes containing methylene blue in vivo in a rat model,” J. Biomed. Optics 13, 054033 (2008). 34. K. A. Homan, M. Souza, R. Truby, G. P. Luke, C. Green, E. Vreeland, and S. Emelianov “Silver nanoplate contrast agents for in vivo molecular photoacoustic imaging,” ACS Nano 6, 641-650 (2012). 35. J.-W. Kim, E. I. Galanzha, E. V. Shashkov, H.-M. Moon, and V. P. Zharov “Golden carbon nanotubes as multimodal photoacoustic and photothermal high-contrast molecular agents,” Nature Nanotechnology 4, 688-694 (2009). 36. D. E. Owens, J. K. Eby, Y. Jian, and N. A. Peppas “Temperatureresponsive polymer–gold nanocomposites as intelligent therapeutic systems,” J. Biomed. Mat. Res. Part A 83A, 692-695 (2007). 37. W. F. Zandberg, A. B. S. Bakhtiari, Z. Erno, D. Hsiao, B. D. Gates, T. Claydon, and N. R. Branda “Photothermal release of small molecules from gold nanoparticles in live cells,” Nanomedicine 8, 908-915 (2012). AGRADECIMIENTOS Los autores reconocen el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) en las subvenciones F32CA159913 (C.L. Bayer), y F31CA168168 (G.P. Luke). Agradecemos a Juili Kevlar por proporcionar las imágenes TEM de nanovara de oro recubierta de sílice, y al Dr. Kimberly Homan por proporcionar las imágenes TEM de placa de plata. También agradecemos a Shailja Tewari de Visualsonics, Christian Wiest de iThera Medical, y a Richard Moss de Endra Life Sciences por proporcionar las imágenes compiladas en la figura 3. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 41 �PHOTOACOUSTIC IMAGING FOR MEDICAL DIAGNOSTICS Carolyn L. Bayer Department of Biomedical Engineering, The University of Texas at Austin Austin, Texas 78712 Geoffrey P. Luke Department of Electrical and Computer Engineering, The University of Texas at Austin Austin, Texas 78712 Stanislav Y. Emelianov Departments of Biomedical and Electrical and Computer Engineering, The University of Texas at Austin Austin, Texas 78712 materials being imaged. Introduction “Because of the potential A modern application of the phohotoacoustic imaging has the toacoustic effect is the generation of potential to provide real-time, to perform real-time, medical images of biological chronon-invasive diagnosis of numermophores typically present in tissue, ous prevalent diseases, due to the technon-invasive in vivo which can absorb light energy resulting nology’s unique ability to visualize in the generation of photoacoustic tranmolecular changes deep within living functional and molecular sients. The photoacoustic pressure tissue with spatial resolution comparawaves can be received by ultrasound ble to ultrasound. Photoacoustic imagimaging, photoacoustic transducers at the external surface of the ing is a hybrid imaging technique that combines the contrast capabilities and imaging is increasingly being tissue, making photoacoustic imaging a non-invasive, non-ionizing medical spectral sensitivities of optical imaging with the resolution and tissue penetraapplied as both a clinical and imaging method capable of resolution similar to ultrasound, at significant tistion capabilities of ultrasound. During sue depth. Photoacoustic medical imagthe photoacoustic imaging process, preclinical method aimed ing was first proposed in the midmaterials absorb light energy, and con1990s,2,3 and initial reports of using the vert the light to heat via non-radiative at improving medical photoacoustic effect to image live anirelaxation. When materials heat, they mals were published nine years later.4 expand in size due to their thermoelasdiagnostics.” Today, many in vivo demonstrations of tic properties, which generates a presphotoacoustic imaging of biomedical applications relevant to sure wave. These pressure waves can propagate through the medical diagnostics exist, including cancer,5,6 brain vasculasurrounding environment to be detected at the surface. This ture and function,7-9 cardiovascular,10 and tissue engineering effect is familiar to everyone who has experienced a sumscaffolds,11,12 prompting translational advances in clinical mer thunderstorm—lightning rapidly heats the air, resultphotoacoustic imaging.13 ing in the air expanding and generating audible thunder. In While existing medical imaging methods, including general, the heating which induces the expansion of the ultrasound, are capable of producing remarkable images of material (e.g., the thermoacoustic effect) could be caused by what lies beneath our skin, most of these imaging methods many forms of energy transfer, but the term “photoaprovide contrast between anatomical features within tissue— coustic” specifies the conversion of light into heat, resulting for example, the difference in acoustic impedance between in the generation of characteristic sound waves. soft tissue and a tumor provide contrast within an ultrasound The photoacoustic effect was first discovered by image. Though the anatomy is critical to understanding the Alexander Graham Bell in 1880.1 His experiments deduced image, in many diseases the anatomy alone cannot be used to that an intermittent bright light could heat optically absorbindicate a particular diagnosis conclusively. Instead, the ing materials, causing expansion of the material in a way that physiological and biochemical properties of the system influgenerated audible vibrational waves. Bell demonstrated that ence the disease progression, and therefore the prognosis of darker fibers produced louder sounds than lighter fibers, a the patient. Functional imaging capabilities are required to principle which is consistent with the general photoacoustic provide physiological information, while biochemical inforrelationship in use today—the amplitude of the generated mation can be provided by molecular imaging. In compariphotoacoustic signal is proportional to the amount of son to ultrasound, photoacoustic imaging provides improved absorbed light. Bell also showed, by separating white light capabilities for functional and molecular imaging. For examwith a prism, certain color combinations of light and fibers ple, the blood oxygen saturation, an important functional could generate a louder sound. Today, multiwavelength phoproperty relevant to many disease processes, can be assessed toacoustic imaging uses this same principle, changing the using photoacoustics.7 Photoacoustic imaging can also prowavelength of the light and correlating the amplitude of the vide molecular information through the use of a probe or photoacoustic response to the absorption spectra of the P Photoacoustic Imaging for Medical Diagnostics 15 �Fig. 1. Instrumentation and major processing components comprising a combined ultrasound and photoacoustic imaging system. Photoacoustic signal, generated by the optical absorption of laser energy by the sample, is received by an ultrasound transducer, beamformed and processed to form an photoacoustic image. Ultrasound, appropriately beamformed, is emitted by the transducer, and reflected ultrasound is received, beamformed and processed to form the ultrasound image. tracer, which can be used to generate the needed contrast to produce an image.14 Because of the potential to perform realtime, non-invasive in vivo functional and molecular imaging, photoacoustic imaging is increasingly being applied as both a clinical and preclinical method aimed at improving medical diagnostics. Background In a contemporary photoacoustic imaging system, a nanosecond pulsed laser is used to generate transient pressure waves, which are received by an ultrasound transducer and processed to form images of biological tissue (Fig. 1). In a typical set-up, the pulse of light emitted by the laser is accompanied by a trigger signal sent to the imaging system hardware, coordinating the acquisition of the photoacoustic signal. After the laser pulse is emitted, the photoacoustic signals generated by the optical absorbers within the field of view are collected by the transducer (Fig 2). As with ultrasound, the time at which the photoacoustic signal is received is related to the depth of the absorbing object within the sample by the speed of sound in tissue. Multimodal systems, combining ultrasound and photoacoustic imaging, apply a time delay (τPA) after the laser trigger signal, as shown in Fig. 2, after which the ultrasound signal is transmitted and received to be processed using customary techniques. Due to the similarities in system hardware and processing design between photoacoustic and ultrasound imaging, an existing ultrasound system can be modified to acquire photoacoustic signals with nominal effort by adding a pulsed light source, making minor hard- Fig. 2. Photoacoustic and ultrasound signal generation. (a) The laser pulse is scattered and absorbed by the sample. (b) Absorption which leads to heating generates a transient pressure wave which is received by the transducer. (c) After a delay, τPA, ultrasound is transmitted and received over the time period 2· τPA. 16 Acoustics Today, October 2012 �Fig. 3. Commercially available preclinical photoacoustic imaging systems. ware modifications to appropriately time the transmitted and received signals, and by modifying the software user interface and signal processing methods. Several companies are marketing integrated photoacoustic systems for small animal imaging, shown in Fig. 3, and it is likely that more will soon enter the market. These systems fall into two categories—designed to use either a translatable linear ultrasound scanner with delay-and-sum beamforming, or a fixed array of transducers with computed tomography image reconstruction. Linear photoacoustic scanning systems produce a two-dimensional (2D) view of a single projection, and are then scanned in a third dimension – a volumetric imaging method analogous to commonly used non-invasive clinical ultr asound systems, where a transducer array is manually scanned along the tissue surface. Tomographic systems use an array of transducers, often positioned in a ring around the object being imaged, and then use reconstruction algorithms to reproduce the imaged slice. Visual Sonics Inc. markets the Vevo LAZR (Fig. 3a), which uses their high resolution small animal ultrasound imaging platform (Vevo 2100) in combination with a tunable nanosecond pulsed laser. When whole body imaging is a priority, the multispectral optoacoustic tomography (MSOT) system (Fig. 3b), produced by iThera Medical, guides the laser beam to illuminate a ring of light around the animal being imaged, and then moves in the third dimension to acquire volumetric images. 15 The Nexus 128 (Fig. 3c), produced by Endra, provides an alternative tomographic photoacoustic system. All of these systems consist of a tunable laser source providing near infrared (NIR) light approximately between 680 to 970 nm. The choice of a scanning or tomographic system depends greatly upon the application. The user must consider the achievable resolution, which is dependent upon the center frequency and bandwidth of the transducer, the beamforming or reconstruction algorithms implemented, and also the achievable sensitivity, which is influenced by the light fluence and distribution delivered within the tissue. An ultrasound scanning system will generally be most flexible, accommodating a variety of animal types, and potentially providing multiple transducer arrays optimized for differ- ent scanning depths. A photoacoustic imaging system based up on an ultrasound scanner platform provides additional functional imaging techniques (such as ultrasound Doppler mode) to provide anatomical and functional information. In contrast, tomographic systems are capable of acquiring volumetric data in a shorter period of time, and have less noise in the form of photoacoustic speckle due to the spatial distribution of the transducer ring. However, clinical applications of a photoacoustic tomography system will be limited, with a notable exception being the photoacoustic tomographic imaging of breast tissue. 16 The Walter Munk Award Awarded in Recognition of Distinguished Research in Oceanography Related to Sound and the Sea C a ll f o r N o m in a t i o n s The Walter Munk Award is granted jointly by The Oceanography Society, the Office of Naval Research, and the Office of the Oceanographer of the Navy. Recipients are selected based on their: t� 4JHOJmDBOU�PSJHJOBM�DPOUSJCVUJPOT�UP�UIF�VOEFSTUBOEJOH�PG�QIZTJcal ocean processes related to sound in the sea t� 4JHOJmDBOU�PSJHJOBM�DPOUSJCVUJPOT�UP�UIF�BQQMJDBUJPO�PG�BDPVTUJD�� methods to that understanding t� 0VUTUBOEJOH�TFSWJDF�UIBU�GPTUFST�SFTFBSDI�JO�PDFBO�TDJFODF�BOE� instrumentation contributing to the above For more information and nomination instructions, please visit: www.tos.org/awards_honors/munk_award.html Nomination deadline is March 31, 2013. THE OCEA CEANOGRAPHY ANOGRAPHY SOC OCIETY IETY The Oceanography Society, PP..O O . Box 1931, Rockville, MD 20849-1931, USA Telephone: 301/251-7708, Fax: 301/251-7709; E-mail: info@tos.org; Web site: www.tos.org Photoacoustic Imaging for Medical Diagnostics 17 �Diagnostic While optical photoacoustic absorbers naturally imaging found within the In our studies, body, such as anatomical, funchemoglobin, lipids, tional, and molecuand melanin, can lar information was be used to generate acquired using a photoacoustic combination of images, the use of ultrasound and nano-sized imagFig. 4. Transmission electron microscopy images of plasmonic metallic nanoparticles which have been used for multiwavelength ing contrast agents in vivo photoacoustic imaging. (a) Gold nanospheres; (b) Silver nanoplates; (c) Gold nanorods coated with photoacoustic allows photoacoustic silica. Scale bars = 100 nm. imaging of in vivo imaging to become mice bearing cancerous tumors. All methods follow protocols a truly “molecular” in vivo imaging method.17,18 approved by the Institutional Animal Care and Use Photoacoustic contrast can be enhanced by the use of Committee at the University of Texas at Austin. First, we molecular dyes or chemically synthesized nanoparticles. developed a small animal model of breast cancer which conInorganic nanoparticles are of particular interest, due to sisted of two tumors established from human breast cancer their flexibility with respect to shape, size, and surface cell lines with differential cell biomarker expression. For this chemistry. These characteristics can be optimized for small animal model, we initiated tumors within the mammaenhanced delivery of the nanoparticles to the tissue of ry fat pad using injections of BT-474 cancer cells, which overinterest, such as cancerous tumors.19 If the nanoparticle surexpress the cellular receptor HER2, and MDA-MB-231 cancer face is modified by the addition of a targeting moiety, these cells, which over-express αvβ3 integrin, present on the cell surcontrast agents become molecular imaging agents, since the face of epithelial cells of neovasculature. Gold nanorods were targeted nanoparticles should be preferentially retained chosen as the molecular contrast agent since, in addition to within the tissue region expressing the target. In addition, being highly optically absorbing due to surface plasmon resometallic nanoparticles of gold or silver, several examples of nance effects, their optical absorption spectra can be tuned by which are shown in Fig. 4, have surface plasmon resonance, changing their aspect ratio.23 By tuning nanorods to have difmeaning that the valence electrons of the atoms collectiveferent peak optical absorption wavelengths, it is possible to ly oscillate at a characteristic frequency. When the incident distinguish between multiple nanorod contrast agents light is at the same frequency as the surface plasmon resothrough multiwavelength photoacoustic imaging.24 We coated nance, that light is very efficiently absorbed and converted the nanorods with amorphous silica, which improves the gold into heat, making metallic nanoparticles excellent contrast nanorod thermal stability25 and the photoacoustic signal genagents for photoacoustic imaging. Nanoparticles which are eration efficiency.26 Silica-coated nanorods with two different molecularly targeted can be customized for delivery to paraspect ratios were chemically modified to attach targeting ticular tissues based on size, shape, and surface properties, antibodies, allowing the nanoparticle to be preferentially while the high optical absorption of metallic nanoparticles uptaken by tumor cells over-expressing the targeted cellular generates a strong photoacoustic signal and provides high receptor.24 The contrast agents were injected into the bloodcontrast with the surrounding tissue. By using metallic stream of a mouse growing the tumors. The injected contrast nanoparticles, we can also tune their optical absorption agents distributed through the circulatory system, and infilproperties to take advantage of the “tissue optical window”. trated through the tissues of the mouse, including the cancerWithin this wavelength region, between approximately 600 ous tumors. nm to 1300 nm, the native tissue optical absorption is relaThe tumor region of the mouse was imaged using a Vevo tively low, and therefore light can penetrate deeper into tis2100 high frequency small animal ultrasound scanner sue, allowing for acquisition of photoacoustic images at sig(VisualSonics Inc.), integrated with a SpectraPhysics nificantly greater tissue depths. By imaging at wavelengths QuantaRay Pro Nd:YAG nanosecond pulsed laser with a which are not highly absorbed in tissues, the photoacoustic GWU PremiScan optical parametric oscillator (OPO) to tune effect can be used to generate high resolution molecular the light wavelength. A fiber optic bundle was used to deliver images in vivo at significant tissue depth. Questions remain the laser light on either side of a linear transducer array. The regarding the safety of metallic nanoparticles for use in the system was used to deliver between 10-20 mJ/cm2 of light over human body.20,21 Indeed, there is much that is still a range of wavelengths from 680-930 nm. A 21-MHz ultraunknown about both their short-term and long-term toxsound transducer (MS250, VisualSonics Inc.) collected the icity, but many groups are studying these effects,21 and photoacoustic signals at each wavelength, followed by the three clinical studies of gold nanoparticle-based methodtransmission of ultrasound and the receiving of the reflected ologies for treatment of cancer are underway or have been ultrasound by the same transducer, resulting in co-registered completed.22 Additionally, photoacoustic imaging could ultrasonic and photoacoustic images. A linear stepper motor play a role in improving the understanding of the biodiswas used to translate the transducer and fiber bundle contribution and clearance mechanisms affecting the toxicity struct, in steps of 150 µm, to acquire photoacoustic and ultraof nanoparticles. 18 Acoustics Today, October 2012 �Fig. 5. In vivo anatomical photoacoustic and ultrasound images. (a) 3D overlay of photoacoustic and ultrasound images of the upper leg/abdominal region. Blue box shows the 2D imaging plane of (b-d). (b) Ultrasound image showing two hypoechoic tumors. (c) Photoacoustic image, acquired using a laser wavelength of 850 nm. (d) Overlay of photoacoustic and ultrasound images. Scale bars = 2 mm. sound images in the third dimension, averaging four photoacoustic signals at each step. Three-dimensional (3D) ultrasound and photoacoustic images were captured in a volume surrounding the two tumors within the mammary fat pad of the mouse. The amplitude of the photoacoustic signal received is dependent upon the wavelength of the laser light used to illuminate the sample. This dependence can be unmixed into the individual absorption spectra of the absorbers within the tissue—oxyhemoglobin, deoxyhemoglobin, nanoparticle 1 and nanoparticle 2. We used a linear least squared error spectral unmixing method where each voxel was assumed to contain a combination of the four optical absorbers.27 In this method, the initial photoacoustic signal, located at a position within the image, depends on the concentration of the absorbers in the region, the laser fluence, and the Grüneisen parameter.28 The optical absorption spectra of hemoglobin were obtained from the literature29 and the nanoparticle spectra were measured using UV-Vis spectroscopy (Synergy HT microplate reader, Biotek Instruments, Inc.). If the spectral unmixing problem is overconstrained, which is achieved by acquiring photoacoustic data at more Fig. 6. In vivo functional imaging of blood oxygen saturation. (a) 3D overlay of percent blood oxygen saturation, determined from spectral unmixing of the multiwavlength photoacoustic signal, and the ultrasound image. Volume is 23 mm (wide) x 6 mm (tall) x 7 mm (scanned direction). (b) 2D slice of the percent blood oxygen saturation and ultrasound signal. Black arrow indicates a hypoxic region within a tumor. Scale bars = 2mm. Photoacoustic Imaging for Medical Diagnostics 19 �wavelengths than the number of absorbers present in the tissue, then a minimum mean squared error estimate can be obtained for the absorber concentrations. The estimated concentrations of deoxyhemoglobin, oxyhemoglobin, nanoparticle 1, and nanoparticle 2 are displayed using blue, red, green, and violet colormaps, respectively. For spectral unmixing, the data was averaged into voxels of size 500 µm 200 µm 300 µm. The images of the optical absorbers were overlaid on co-registered ultrasound grayscale images to visualize the anatomy in the region. High resolution 3D anatomical images of the tumor region were generated by processing the ultrasound signals received by the integrated ultrasound and photoacoustic imaging system (Fig. 5). In Fig. 5a, a 3D image of a single wavelength photoacoustic image, overlaid on the ultrasound image, clearly shows the anatomy within the imaged region of the mouse, including the vasculature (in color, provided by the photoacoustic image), and the layer of skin and the femur within the leg (in greyscale, provided by the ultrasound image). In our mouse model we can identify the tumor regions by locating two hypoechoic regions under the skin, as shown in the 2D ultrasound slice in Figure 5b. From the photoacoustic signal (Fig. 5c and 5d), it is clear that there are light absorbers within the skin, light absorption from vasculature surrounding the tumors, and from the tumors themselves. While both ultrasound and photoacoustic images indicate the presence of tumors, the anatomical images alone do not provide sufficient information to diagnose malignancy, since the accuracy of ultrasound in the distinction of benign and malignant tumors is insufficient.30 While the in vivo ultrasound and single wavelength photoacoustic images in Fig. 5 provide high resolution anatomical information, the cellular composition of the tumor is unknown, and thus we are unable, at this stage of imaging, to identify functional characteristics or the cellular molecular expression, which might aid in the identification of a benign versus cancerous tumor. Functional photoacoustic images, for example of the blood oxygen saturation of the tumor, could provide additional criteria to assess tumor function. We acquired functional information by detecting photoacoustic signals at multiple laser wavelengths and spectrally unmixing the signals as described above. For functional imaging of the animal model described above, we acquired photoacoustic signals generated by laser light between 680-850 nm. As shown in Figure 6, we can observe the oxygen saturation of the blood within the “normal” tissue and within the tumor regions. The estimated concentrations of deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin are shown using a color scale ranging from blue (0% oxygen saturation) to red (100% oxygen saturation). The 3D image shown in Figure 6a indicates distinction of venuous flow from arterial flow within vasculature of the imaged tissue. While the study of vasculature has relevance to some niches of medical diagnostics, more significantly, we can use the functional information provided by the multiwavelength photoacoustic imaging to study the tumor blood oxygen saturation. Hypoxic malignant tumors have a worse prognosis, making the blood oxygen saturation useful for the assessment of therapy and therapy response.31 As shown in Fig. 6b, there is a hypoxic region within the core of the imaged tumor. This lower oxygen saturation is likely due to the high metabolic activity of the cells located within that region, leading to insufficient oxygen delivery within the tumor. Functional photoacoustic imaging of the blood oxygen saturation could be used to study the response of the tumor to therapeutic treatment, non-invasively, in real-time, and over long time periods of tumor growth. Finally, we can further process the photoacoustic images to view the signal which correlates to the optical absorption spectra of the injected contrast agents. In the studies shown here, we have used silica-coated gold nanorods, but it important to note that a large variety of contrast agents can be successfully used for molecular photoacoustic imaging;32 in vivo photoacoustic imaging with enhanced contrast has been demonstrated with the FDAapproved dye methylene blue, 33 with gold nanospheres,27 or with silver nanoplates.34 As shown in Fig. 7, within our mouse model, regions of nanoparticle accumulation correspond to the tumor regions identified with the ultrasound imaging and the functional photoacoustic imaging of the blood oxygen saturation. Over time, there is an increase in the signal attributed to the nanoparticle contrast agents within the tumor region (Fig. 7b, c). The accumulation of nanoparticles could be due to two effects. It is known that tumors have “leaky” vasculature, enabling the increased delivery of nano-sized particles through the enhanced per- Fig. 7. In vivo molecular imaging of contrast agent accumulation within a targeted tumor. The multiwavelength photoacoustic signal was unmixed into two components corresponding to two different contrast agents, nanoparticle 1 (NP1) and nanoparticle 2 (NP2). (a) 2D overlay of ultrasound image, distribution of NP1 and NP2 before the injection of the contrast agent, showing minimal background photoacoustic signal. Accumulation of NP1 and NP2 within the tumor is shown (b) 8 hours and (c) 24 hours after intravenous injection. Scale bars = 1 mm. 20 Acoustics Today, October 2012 �meability and retention effect. Additionally, the injected nanoparticles were bioconjugated to antibodies specific for cell receptors over-expressed on cell types used to initiate the tumors, thus it is likely that the active targeting improves the retention of the specific nanoparticles within the tumor region. This example demonstrates how the use of nanoparticles can provide molecular information about the cellular expression of the tumor. In this way, photoacoustics combines the benefits of high-contrast optical resolution of targetable light-interacting probes, with the imaging depth capabilities of ultrasound. Conclusions The strength of photoacoustic imaging is in its ability to image functional and molecular changes, at significant tissue depth, in living animals. Researchers have just begun to exploit photoacoustic imaging techniques to enable new discoveries of the functional and molecular characteristics of cancer, cardiovascular disease, and neurological diseases. We envision photoacoustic imaging becoming a critical tool in medical diagnostics and image-guided therapeutics in the future. While most photoacoustic functional imaging applications thus far have used contrast sources which are naturally present, it is also possible to introduce biochemically triggered contrast agents for functional imaging. For example, many dyes exist which change their optical absorption spectra based on pH, or in the presence of an enzyme. By adding an activatable contrast agent, we can use the change in the multiwavelength photoacoustic signal intensity to provide quantitative information about the biochemical environment within tissues, and monitor changes in this environment. While this article focuses on imaging, it is also of note that a natural synergy exists between photoacoustic imaging and therapy. For example, thermal therapy can be achieved by using a continuous light source to heat the optical absorbers used for photoacoustic contrast, to a temperature which can lead to the destruction of the cells and surrounding tissue.35 Additionally, multimodal photoacoustic contrast agents can be designed to provide laser-activated delivery of therapeutic molecules, such as by using a temperatureresponsive polymer coating,36 or by using the heat to release covalently-linked therapeutics.37 Photoacoustic imaging is not without limitations. Like ultrasound, the resolution will be physically limited by the inverse relationship between the imaging depth and the frequency of the ultrasound—as the frequency increases, resolution also increases, however the signal attenuation is greater at higher frequencies, leading to limitations in imaging depth. Sensitivity is impacted by the scattering of light within tissue, however new techniques to maximize the signal to noise, including improved contrast agents, and varying the laser light characteristics, can help to minimize background signal. Other limitations include the time required to scan—achieving high lateral resolution is dependent upon a narrow beam, which means that the receiving transducer (in scanning systems) or object being imaged (in tomographic systems) must be scanned in a third dimension to widen the field of view. This time limitation does limit the temporal res- olution of the functional and molecular information which can be obtained to the timescale of minutes. Currently, only preclinical photoacoustic imaging systems are available commercially, but the additional functional and molecular information available through this imaging modality will mean its increasing use in preclinical studies, providing the needed research background necessary for clinical adaptations.AT Acknowledgements The authors acknowledge support from the National Institutes of Health (NIH) under grants F32CA159913 (C.L. Bayer), and F31CA168168 (G.P. Luke). We thank Juili Kevlar for providing the silica-coated gold nanorod TEM images, and Dr. Kimberly Homan for providing the silver plate TEM images. We also thank Shailja Tewari of VisualSonics, Christian Wiest of iThera Medical, and Richard Moss of Endra Life Sciences for providing the pictures compiled in Fig. 3. References 1 2 3 A. G. Bell, “On the production and reproduction of sound by light,” Am. J. Sci. 20, 305-324 (1880). R. A. Kruger “Photoacoustic ultrasound,” Med. Phys. 21, 127131 (1994). A. A. Oraevsky, S. L. Jacques, R. O. Esenaliev, and F. K. Tittel “Time-resolved optoacoustic imaging in layered biological tissues,” OSA Proc.Advances in Optical Imaging and Photon TUNE INTO ZERO’s SOUND SOLUTIONS ZERO is a world-wide leader in high-performance acoustical control for doors, windows and walls. Nobody does sound control better — we use advanced technology and testing to master the challenges of creating an effective barrier and preventing gaps in that barrier for the life of the assembly. Our systems are rated for use in sound studios and recording facilities, music halls, etc — up to 55 STC. Let us help you close the door on noise — contact us for a copy of our 20 page Sound Control brochure, and our 72 page Product Catalog, or visit our website. 1-800-635-5335 / 718-585-3230 FAX 718-292-2243 zero@zerointernational.com www.zerointernational.com Photoacoustic Imaging for Medical Diagnostics 21 �4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 Migration 21, 161-165 (1994). X. Wang, Y. Pang, G. Ku, X. Xie, G. Stoica, and L. V. Wang “Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain,” Nature Biotechnol. 21, 803-806 (2003). S. Mallidi, G. P. Luke, and S. Emelianov “Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance,” Trends in Biotechnol. 29, 213-221 (2011). J. Laufer, P. Johnson, E. Zhang, B. Treeby, B. Cox, B. Pedley, and P. Beard “In vivo preclinical photoacoustic imaging of tumor vasculature development and therapy,” J. Biomed. Optics 17, 056016-1 (2012). E. W. Stein, K. Maslov, and L. V. Wang “Noninvasive, in vivo imaging of blood-oxygenation dynamics within the mouse brain using photoacoustic microscopy, ” J. Biomed. Optics 14, 020502020502 (2009). J. Laufer, E. Zhang, G. Raivich, and P. Beard “Three-dimensional noninvasive imaging of the vasculature in the mouse brain using a high resolution photoacoustic scanner,” Appl.Optics 48, D299-306 (2009). V. Tsytsarev, K. I. Maslov, J. Yao, A. R. Parameswar, A. V. Demchenko, and L. V. Wang “In vivo imaging of epileptic activity using 2-nbdg, a fluorescent deoxyglucose analog,” J. Neurosci. Methods 203, 136-140 (2012). A. Taruttis, E. Herzog, D. Razansky, and V. Ntziachristos “Realtime imaging of cardiovascular dynamics and circulating gold nanorods with multispectral optoacoustic tomography,” Optics Express 18, 19592-19602 (2010). X. Cai, B. S. Paratala, S. Hu, B. Sitharaman, and L. V. Wang “Multiscale photoacoustic microscopy of single-walled carbon nanotube-incorporated tissue engineering scaffolds,” Tissue Engineering Part C Methods 18, 310-317 (2012). S. Y. Nam, L. M. Ricles, L. J. Suggs, and S. Y. Emelianov “In vivo ultrasound and photoacoustic monitoring of mesenchymal stem cells labeled with gold nanotracers,” PLoS ONE 7, e37267 (2012). D. Piras, W. Xia, W. Steenbergen, T. van Leeuwen, and S. G. Manohar “Imaging breast lesions using the twente photoacoustic mammoscope: Ongoing clinical experience,” Proc. SPIE 8223, 82231-82230C (2012). G. P. Luke, D. Yeager, and S. Y. Emelianov “Biomedical applications of photoacoustic imaging with exogenous contrast agents,” Ann. Biomed. Eng. 40, 422-437 (2012). D. Razansky, A. Buehler, and V. Ntziachristos “Volumetric realtime multispectral optoacoustic tomography of biomarkers,” Nature Protocols 6, 1121-1129 (2011). R. A. Kruger, R. B. Lam, D. R. Reinecke, S. P. Del Rio, and R. P. Doyle “Photoacoustic angiography of the breast,” Med. Phys. 37, 6096-6100 (2010). A. Agarwal, S. W. Huang, M. O’Donnell, K. C. Day, M. Day, N. Kotov, and S. Ashkenazi “Targeted gold nanorod contrast agent for prostate cancer detection by photoacoustic imaging,” J. Appl. Phys. 102 (2007). P.-C. Li, C.-R. C. Wang, D.-B. Shieh, C.-W. Wei, C.-K. Liao, C. Poe, S. Jhan, A.-A. Ding, and Y.-N. Wu “In vivo photoacoustic molecular imaging with simultaneous multiple selective targeting using antibody-conjugated gold nanorods,” Optics Express 16, 18605-18615 (2008). R. K. Jain, and T. Stylianopoulos “Delivering nanomedicine to solid tumors,” Nature Reviews Clinical Oncol. 7, 653-664 (2010). R. Goel, N. Shah, R. Visaria, G. F. Paciotti, and J. C. Bischof Acoustics Today, October 2012 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 “Biodistribution of tnf-alpha-coated gold nanoparticles in an in vivo model system,” Nanomedicine 4, 401-410 (2009). N. Khlebtsov, and L. Dykman “Biodistribution and toxicity of engineered gold nanoparticles: A review of in vitro and in vivo studies,” Chem. Soc. Rev. 40, 1647-1671 (2011). Clinicaltrials.gov [Internet] Bethesda: U.S. National Institutes of Health. 2000- [cited 2012 Sept 1]. Available from: http://www.clinicaltrials.gov/. P. K. Jain, K. S. Lee, I. H. El-Sayed, and M. A. El-Sayed “Calculated absorption and scattering properties of gold nanoparticles of different size, shape, and composition: Applications in biological imaging and biomedicine,” J. Phys. Chem. B 110, 7238-7248 (2006). C. L. Bayer, Y. S. Chen, S. Kim, S. Mallidi, K. Sokolov, and S. Emelianov “Multiplex photoacoustic molecular imaging using targeted silica-coated gold nanorods,” Biomed. Optics Express 2, 1828-1835 (2011). Y.-S. Chen, W. Frey, S. Kim, K. Homan, P. Kruizinga, K. Sokolov, and S. Emelianov “Enhanced thermal stability of silica-coated gold nanorods for photoacoustic imaging and image-guided therapy,” Optics Express 18, 8867-8878 (2010). Y. S. Chen, W. Frey, S. Kim, P. Kruizinga, K. Homan, and S. Emelianov “Silica-coated gold nanorods as photoacoustic signal nanoamplifiers,” Nano Lett. 11, 348-354 (2011). S. Kim, Y.-S. Chen, G. P. Luke, and S. Y. Emelianov "In vivo three-dimensional spectroscopic photoacoustic imaging for monitoring nanoparticle delivery,” Biomed. Optics Express 2, 2540-2550 (2011). S. Kim, Y.-S. Chen, G. P. Luke, and S. Y. Emelianov “In vivo three-dimensional spectroscopic photoacoustic imaging for monitoring nanoparticle delivery,” Biomed. Optics Express 2, 2540-2550 (2011). S. Prahl “Optical absorption of hemoglobin,” (Oregon Medical Laser Center) (1999). C. Sehgal, S. Weinstein, P. Arger, and E. Conant “A review of breast ultrasound,” J. Mammary Gland Biology and Neoplasia 11, 113-123 (2006). A. L. Harris “Hypoxia--a key regulatory factor in tumour growth,” Nature Reviews Cancer 2, 38-47 (2002). G. P. Luke, D. Yeager, and S. Y. Emelianov “Biomedical applications of photoacoustic imaging with exogenous contrast agents,” Ann. Biomed. Eng. 40, 422-437 (2012). K. H. Song, E. W. Stein, J. A. Margenthaler, and L. V. Wang “Noninvasive photoacoustic identification of sentinel lymph nodes containing methylene blue in vivo in a rat model,” J. Biomed. Optics 13, 054033 (2008). K. A. Homan, M. Souza, R. Truby, G. P. Luke, C. Green, E. Vreeland, and S. Emelianov “Silver nanoplate contrast agents for in vivo molecular photoacoustic imaging,” ACS Nano 6, 641-650 (2012). J.-W. Kim, E. I. Galanzha, E. V. Shashkov, H.-M. Moon, and V. P. Zharov “Golden carbon nanotubes as multimodal photoacoustic and photothermal high-contrast molecular agents,” Nature Nanotechnology 4, 688-694 (2009). D. E. Owens, J. K. Eby, Y. Jian, and N. A. Peppas “Temperatureresponsive polymer–gold nanocomposites as intelligent therapeutic systems,” J. Biomed. Mat. Res. Part A 83A, 692-695 (2007). W. F. Zandberg, A. B. S. Bakhtiari, Z. Erno, D. Hsiao, B. D. Gates, T. Claydon, and N. R. Branda “Photothermal release of small molecules from gold nanoparticles in live cells,” Nanomedicine 8, 908-915 (2012). �Carolyn L. Bayer is a Ruth L. Kirschstein National Research Service Award (NRSA) Postdoctoral Fellow at the University of Texas at Austin. She completed a B.S. in Electrical Engineering at Case Western Reserve University, and a Ph.D in Biomedical Engineering at the University of Texas at Austin. Her postdoctoral research uses multiwavelength photoacoustic imaging, in combination with biomolecularlytargeted nanoparticle contrast agents, to monitor the development of distinctive molecular signatures involved in tumor growth and response to treatment in vivo. Geoffrey Luke is a Ruth L. Kirschstein National Research Service Award (NRSA) Predoctoral Fellow in the Department of Electrical Engineering at The University of Texas at Austin. He received a B.S. in Computer Engineering and Mathematics and a M.S. in Electrical Engineering from the University of Wyoming, where he developed a sensor based on the visual system of the common housefly. His current research is focused on early cancer detection and characterization using molecular photoacoustic imaging. Stanislav Emelianov received B.S. and M.S. degrees in physics and acoustics in 1986 and 1989, respectively, and a Ph.D. degree in physics in 1993 from Moscow State University, Russia. In 2002, Dr. Emelianov moved to The University of Texas at Austin and formed the Ultrasound Imaging and Therapeutics Research Laboratory. Dr. Emelianov’s research interests are in the areas of medical imaging for therapeutics and diagnostic applications, ultrasound microscopy, elasticity imaging, photoacoustical imaging, cellular/molecular imaging, and functional imaging. Dr. Emelianov has published over 100 archival publications and over 12 book chapters. Throughout his career he has mentored and served on dissertation committees of more than 43 graduate students. Finally, Dr. Emelianov is an American Institute for Medical and Biological Engineering (AIMBE) fellow and is currently Vice President of the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control Society. Photoacoustic Imaging for Medical Diagnostics 23 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia José Antonio De la O Serna Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica jose.delaosr.uanl.edu.mx RESUMEN Se presenta una nueva familia de splines y sus derivadas, las cuales provienen de los diferenciadores pasabajas de la Transformada Discreta Taylor-Fourier (DTFT). Se llaman O-splines porque sus segmentos están espaciados en tramos de un ciclo de la frecuencia fundamental. Con ellas se analizan señales oscilatorias de potencia. Para ilustrar su aplicación y su progresiva exactitud se aplican para estimar fasores de voltajes, y para separar modos electromecánicos de oscilación en un sistema de potencia real. Con ellas se disminuye la complejidad computacional de la DTFT, ya que se aplica solamente un subconjunto de filtros. Los parámetros estimados ofrecen información dinámica mucho más rica que los métodos tradicionales. En particular, brindan una representación de estados para cada componente oscilatoria, y detección de eventos modulados en frecuencia. Su rendimiento en estimación se evalúa con un nuevo error llamado Error Fasorial Total (Total Phasor Error). Se concluye que esta técnica multiresolución ofrece una serie de soluciones de gradual exactitud para la estimación fasorial y la separación de modos de oscilación. Este nuevo marco matemático fusiona el área de medición fasorial con la de análisis de modos de oscilación en sistemas eléctricos de potencia que tradicionalmente han estado separadas en ingeniería eléctrica. PALABRAS CLAVE Transformada Discreta Taylor Fourier, fasor dinámico, modos electromecánicos, detección de envolvente compleja, bancos de filtros, análisis multiresolución, armónicas oscilatorias, O-splines, espacio de fase, oscilaciones de potencia, estimación de sincrofasores, separación tiempo-frecuencia, error fasorial total. ABSTRACT A new family of splines and their derivatives is presented, which come from the low-pass differentiators of the Discrete Taylor-Fourier Transform (DTFT). They are called O-splines because their segments are spaced in steps of a cycle from the fundamental frequency. With them oscillatory power signals are analyzed. To illustrate their application and their progressive accuracy, they are applied to estimate voltage phasors, and to separate electromechanical modes of oscillation in a real power system. With them, the computational complexity of the DTFT is reduced, since only a subset of filters is applied. The estimated parameters offer much richer dynamic information than traditional methods. In particular, they provide a representation of states for 42 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. each oscillatory component, and detection of frequency modulated events. Its estimation performance is evaluated with a new error called Total Phasor Error. It is concluded that this multiresolution technique offers a series of solutions of gradual accuracy for the phasor estimation and the separation of oscillation modes. This new mathematical framework merges the area of ​​phasor measurement with that of analysis of modes of oscillation in electrical power systems that have traditionally been separated in electrical engineering. KEYWORDS Discrete Taylor Fourier Transform, dynamic phasor, electromechanical modes, complex envelope detection, filter banks, multiresolution analysis, oscillatory harmonics, O-splines, phase space, power oscillations, synchrophasor estimation, time-frequency separation, total phasor error. INTRODUCCIÓN La medición de señales oscilatorias de sistemas eléctricos de potencia es considerada en la literatura como dos problemas independientes. Por una parte, hay muchos estudios para implementar mejores algoritmos para medir sincrofasores de señales de voltaje y de corriente bajo oscilaciones para las unidades de medición fasorial (PMUs) instaladas en las redes inteligentes de área amplia. Por la otra, existe una abundante literatura dedicada a mejorar el análisis de modos electromecánicos de oscilaciones de potencia. Este artículo propone los O-splines de la Transformada Discreta Taylor Fourier para resolver estos dos importantes problemas. Ambos problemas tienen en común componentes de señal con energía espectral densa alrededor de ciertas frecuencias: de las frecuencias armónicas en el primer caso, y junto a las frecuencias de los modos de oscilación en el segundo. El problema básico de la transformada de Fourier (DFT) al tratar con componentes espectrales densas es que distorsiona tanto la amplitud como la fase. 1 La DFT trabaja con exactitud solo cuando las señales tienen componentes con amplitud, fase y frecuencia constantes. La transformada Taylor Fourier (DTFT) resuelve esta limitación sustituyendo cada coeficiente de Fourier constante por un polinomio de Taylor de orden K durante la duración temporal de la ventana de observación. Esto le permite capturar la envolvente compleja de cada componente. Subespacios más amplios se generan incluyendo términos de Taylor de más alto orden en cada componente armónica de la base de Fourier. 2 Dado que los polinomios de Taylor de más alto orden incluyen los de orden inferior, cada término de Taylor incluido en el modelo de señal hace que el subespacio crezca gradualmente desde el anterior. Por tanto, las extensiones de polinomios de Taylor generan una escalera de espacios con elementos que se aproximan cada vez más a la señal pasabanda ideal. Inician con el más burdo, definido por los coeficientes complejos de la DFT, en el cual residen las señales periódicas. Al agregar más y más términos de Taylor al modelo de señal, se generan subespacios más vastos, conteniendo los anteriores. Entonces, los subespacios DTFT ofrecen mejores aproximaciones a las señales oscilatorias, y por tanto brindan parámetros dinámicos con errores cada vez más pequeños. Consecuentemente, los estimados obtenidos con polinomios de grados superiores son siempre más precisos y exactos en señales oscilatorias que los obtenidos con grados inferiores. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 43 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. En este trabajo (cuya versión en inglés se encuentra en 3) se comparan los parámetros estimados con polinomios de Taylor de primer y tercer orden. Además, se demuestra que las respuestas impulsionales de los filtros DTFT son modulaciones a las frecuencias armónicas de las O-splines. Por tanto, nos concentramos en los diferenciadores pasabajas. Los O-splines son funciones definidas por segmentos polinomiales. En nuestro caso, cada ciclo es definido por un polinomio distinto. En el lado espectral, la extensión de Taylor ensancha y aplana el lóbulo principal de los filtros DTFT. Como resultado de esta relajación espectral, los filtros de la DTFT son más adecuados para medir armónicas oscilatorias, ya que no las distorsionan ni en amplitud ni en fase. En cuanto a la descomposición de la señal, la DTFT está dotada de un banco de filtros con ganancias de diferenciador ideal en su banda de paso, y con bandas de paro con ganancia nula en el resto de las armónicas. Por tanto, en cada frecuencia armónica, los filtros actúan como diferenciadores ideales, con rechazo perfecto del resto de las armónicas. Con respecto a la aplicación de estimación de sincrofasores, vale la pena mencionar que el estándar de sincrofasores 4 fue escrito bajo la fuerte influencia de estimador tradicional DFT de un ciclo. 5 Ahora el énfasis del estándar está puesto en el efecto del ruido en las estimaciones. 6 Pero se defiende persistentemente el filtro de Fourier a pesar de sus conocidas limitaciones en condiciones oscilatorias (la infiltración de la imagen de la frecuencia fundamental, y la pérdida debida a su ganancia en forma de concha). 7, 8 Por estas razones, después de reconocer la buena regulación en estado estable del estándar de sincrofasores del IEEE, el Consejo de Coordinación de Electricidad del Oeste (Western Electricity Coordinating Council (WECC)) 9 propuso mejorar los requisitos de rendimiento dinámico de los filtros usados en PMUs, a fin de garantizar mejores respuestas ante condiciones dinámicas, tales como vaivenes de potencia o armónicas cambiantes. Y propuso un filtro complejo de pasabanda adaptiva derivado de la teoría de bancos de filtros modulados exponencialmente, con respuestas impulsionales de 4 y 7 ciclos, y variaciones frecuenciales en el rango entre 40 a 80 Hz. Aquí se propone la serie de respuestas impulsionales de los diferenciadores pasabanda DTFT para observar la dinámica de señales oscilatorias. Las soluciones ofrecidas pueden graduarse para mejorar la precisión y exactitud de los estimados, empezando con el filtro más burdo (DFT), y terminando con mucho mejores representaciones óptimas para las aplicaciones de protecciones (clase P) y de mediciones (clase M). Por otra parte, la identificación de modos electromecánicos en oscilaciones de potencia ha sido estudiada por muchos investigadores a través de las siguientes aproximaciones: 10 análisis lineal de oscilaciones atenuadas ringdown, 11, 12 análisis de modos, 13 y análisis no lineal. 14, 15 Estos métodos (Prony, Yule Walker, and Hilbert Wang) consideran los modos de oscilación como componentes de banda ancha localizados en cualquier parte del espectro, mientras que la DTFT 16 particiona la frecuencia en un conjunto de intervalos disjuntos desde los cuales la envolvente compleja de cada modo de oscilación es observada a través de una descomposición de Taylor. Ofrece separación tiempo-frecuencia en modos de frecuencia fluctuante, y una parametrización en 44 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. espacio de fase para las dinámicas de cada modo. Por supuesto, la frecuencia central de los filtros DTFT debe sintonizarse con la frecuencia media central de cada modo. 17 El ejemplo analizado en la sección de resultados ilustra la nueva parametrización ofrecida por el análisis DTFT. En este trabajo nos proponemos desarrollar un marco teórico que mejore la estimación de sincrofasores en corrientes y voltajes, así como la la separación de modos de oscilación en oscilaciones de potencia, motivados por la hipótesis de multiresolución, según la cuál a los O-splines de más alto grado les corresponde un error de aproximación mucho más pequeño, y en consecuencia estimaciones paramétricas más completas y de mejor calidad. En lo que sigue, el modelo de señal en subespacios Taylor Fourier se presenta en la sección de metodología, con las respuestas impulsionales de los filtros, y sus respuestas en frecuencia. Esto se hace para los diferenciadores pasabanda de primer y tercer orden. En la sección de resultados se muestran los fasores dinámicos de la DTFT estimados punto a punto con polinomios de Taylor de primer y tercer orden y obtenidos de las señales de voltaje durante una oscilación. Las estimaciones de amplitud, fase y frecuencia se ilustran para mostrar cómo mejora la exactitud de las estimaciones. Finalmente, en la sección de resultados, la DTFT es usada para separar los modos electromecánicos de la oscilación de potencia. El análisis ilustra los estimados de amplitud y fase de los primeros dos modos, junto con sus primeras derivadas. Concluye que ambas aplicaciones de los O-splines enriquecen la representación paramétrica de estos eventos dinámicamente complejos. Metodología Utilizada Se utiliza el método conocido como multiresolución, que consiste en definir una escalera de subsepacios 18 para aproximar con más y más precisión las señales analizadas. En nuestro caso los subespacios en cada frecuencia armónica son graduados simplemente por el orden del polinomio de Taylor utilizado en la DTFT. En esta sección se desarrolla esta idea. La expansión del fasor estático al dinámico y sus derivadas se presentó originalmente en 19. Esto condujo a la extensión del subespacio de Fourier a los de Taylor Fourier presentados en 20. Esta puede ser aquí brevemente introducida iniciando desde el tradicional modelo de señal de Fourier de orden cero: donde es la matriz de Fourier WN de N × N elementos, y contiene los coeficientes de Fourier de . Los elementos de WN son , para n, k=0, 1, … , N-1, donde N es el número de muestras por ciclo fundamental. Se extiende el subespacio anterior incluyendo el primer término de Taylor. El modelo de señal para esta primera extensión es entonces como muestra la ecuación 2, en donde las matrices diagonales I y T contienen las muestras de los términos de Taylor de cero y primer orden, respectivamente, tomados en un intervalo centrado de dos ciclos. Y el subvector N contiene las derivadas de los primeros coeficientes Taylor Fourier en . Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 45 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Las siguientes extensiones se obtienen incluyendo más y más términos de Taylor. El modelo de señal para la K-ésima extensión es como sigue: donde la matriz de (K+1)N × (K+1)N contiene los vectores de la base del subespacio extendido, el subvector ξ N contiene los coeficientes Taylor Fourier de K ésimo grado, y los subvectores ξ ( k ) N , k=1, … K sus progresivas derivadas. Note que la extensión conlleva una prolongación cíclica del modelo de señal, de C=1 a C=K+1 ciclos. Debido a la oblicuidad introducida por los términos de Taylor, las bases extendidas ya no son ortogonales, y por tanto, para K ≥ 1 , se requiere un par de bases biortogonales para la proyección ortogonal: 21 una base para la antitransformada en (3) y su dual para la transformada: donde es la matriz dual de tal que En 22 la matriz dada por: en (3) es factorizada como sigue: en la cual las submatrices cuadradas Ti, i= 1, 2, … , C son las submatrices diagonales descendientes de N × N elementos, extraídas de la matriz diagonal T en (3). Note que contiene la i-ésima pieza cíclica del k-ésimo término de Taylor. En esta factorización, el operador Taylor Fourier es claramente separado en dos matrices: del operador de Fourier y del de Taylor. Esta factorización fue propuesta en 22 para reducir los cálculos de , ya que para la forma factorizada se tiene: 46 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. En este artículo, se propone la formulación de la DTFT en (7) como un método de diseño de filtros pasabajas (diferenciadores pasabajas máximamente lisos) en . Note que preserva la estructura de (6), puesto que los vectores de son combinaciones lineales de los vectores en . En consecuencia, los vectores en son simples modulaciones armónicas de las subdiagonales verticales de . En otras palabras, esta factorización demuestra que el subconjunto de vectores banda base en constituyen las envolventes de los correspondientes subconjuntos de vectores en las frecuencias armónicas de la DTFT. Esta contribución es importante para aplicaciones donde la energía está presente en un pequeño número de frecuencias. Este es el caso de señales de sistemas de potencia, ya que la aplicación de sincrofasores solamente requiere los filtros pasabanda en la frecuencia fundamental, ya que tienen buen rechazo en las frecuencias armónicas; y la de oscilaciones de potencia solo requiere filtros en cada modo. En estas aplicaciones, la DTFT se implementa con una gran reducción de complejidad computacional, ya que se reduce a la aplicación de un pequeño numero de filtros de respuesta impulsional finita (FIR). Si se requiere estimar hasta la segunda derivada, se requieren 3 filtros FIR de longitud (K+1) N por frecuencia observada. Con respecto a la sensibilidad del ruido de los filtros DTFT, se puede afirmar 16, 19, 20 que para señales con tasa de señal a ruido (SNR) arriba de 60 dB, el error medio cuadrático de los parámetros estimados es despreciable. Error de aproximación La mejor señal aproximada a través de la descomposición DTFT se obtiene a través de la matriz de proyección , pues se tiene: El teorema de Pitágoras se cumple para el error de aproximación con y normalizando con respecto a la energía de la señal, El error cuadrático medio anterior considera el error de la proyección sobre el subespacio total considerado, es decir el subespacio generado por todos los vectores de la base en . Es también posible medir el error de aproximación de la proyección en el subespacio generado solamente por los vectores de la base asociados con la frecuencia fundamental, que generan el subespacio fundamental. Esto es posible tomando la submatriz que contiene tales vectores, y los correspondientes estimados Esta medida será llamada Error Fasorial Total (TPE, por sus siglas en Inglés), ya que mide la energía faltante a la señal aproximada del subespacio fundamental. Esto, a su vez, corresponde a la Distorsión Total (TD) asociada a la componente fundamental. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 47 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Entonces se tiene: Para una señal dada x , el mejor estimador fasorial es entonces el que minimice el TPE. Como puede verse, la definición del TPE es la más general de las distorsiones, pues toma en cuenta cualquier tipo de energía espectral presente en la señal: subarmónicas, interarmónicas, y cualquier tipo de ruido. Para señales periódicas, el TPE se reduce a la distorsión armónica total (THD), 23 y para sinusoidales de estado estable el TPE se reduce al error vectorial total (TVE) del estándar de sincrofasores. 4 Para las señales de prueba del estándar, el TPE es la mejor medida de error, y no se correlaciona con el TVE. Una de las fuertes limitaciones del TVE es que solo se puede obtener cuando el fasor dinámico de la señal de prueba es conocido. El TPE se calcula con los datos de la señal dada y la aproximada, y puede usarse para comparar diferentes algoritmos, sin que el fasor dinámico subyacente de la señal sea conocido, como en el caso del TVE. Además, el TPE tiene otras dos ventajas: depende del conjunto total de parámetros estimados y puede calcularse para intervalos de duración más cortos que el intervalo usado en la estimación. Respuesta impulsional y de frecuencia de los filtros FIR Cuando K aumenta, los modelos de señal DTFT ofrecen una serie de subespacios de aproximación V K , que forman una escalera de espacios, 18 con un orden anidado: , iniciando con el subespacio central de la DFT, y progresando gradualmente como , donde W K-1 es el complemento ortogonal de en . Entonces, iniciando con la aproximación más burda, ellos ofrecen gradualmente aproximaciones de más alta resolución. La principal diferencia entre la DTFT y el análisis multiresolución de onduletas, es que los O-splines separan el espectro en bandas uniformes, centradas en las frecuencias armónicas, mientras que las onduletas las separan en bandas diádicas. Como las respuestas impulsionales de los filtros DTFT en cada frecuencia armónica son simples versiones moduladas de las de la banda base, concentramos nuestra atención en esta banda, para luego entender la operación de los filtros pasabanda. La gráfica superior de la figura 1 ilustra los O-splines para diferentes grados de Taylor K=0, 1 , … , 11. Éstas fueron calculadas con N=20 muestras por ciclo. Puede demostrarse de 7 que forman una nueva familia de splines con C=K+1 ciclos. Las primeras dos corresponden a los splines B (B-splines) de cero y primer orden, 24 pero luego difieren de éstas cuando K ≥ 2 , ya que las O convergen al Seno Cardenal (Cardinal Sine), y no a la Gausiana como las B, como puede corroborarse con la curva con K=11 . Inician con la ventana rectangular del filtro Fourier de un ciclo, luego la triangular de dos ciclos, como el ejemplo de filtro clase P del estándar de sincrofasores, 4 y entonces sus formas evolucionan hasta la función Seno Cardenal, cuando K → ∞ . De hecho, el quinto filtro de 6 ciclos es muy similar al filtro clase M del estándar 4. 48 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Fig. 1. O-splines (gráfica superior) y respuestas frecuenciales (gráfica inferior) de los filtros DTFT pasabajas, K = 0, 1, … ,5 , y 11. Por otro lado, la gráfica inferior de la figura 1 ilustra las respuestas en frecuencia de los O-splines. Como se puede ver, la secuencia inicia con la función Seno Cardenal, correspondiente a la ventana rectangular, seguida por su cuadrado que corresponde a la ventana triangular. Después de éstas las respuestas en frecuencia empiezan a tener pasabanda y bandas de paro cada vez más planas. Esta propiedad es muy importante para el rechazo de armónicas. En la medida que el grado de Taylor K aumenta, los O-splines tienden a la de un filtro pasabajas ideal de forma perfectamente rectangular. Note que estos filtros ofrecen una nueva secuencia de aproximación al filtro ideal, similar a los de Butterworth o del Coseno Levantado. Aunque en el caso de los filtros DTFT, éstos vengan con sus propios diferenciadores, como se verá en la siguiente subsección. Diferenciadores Pasabanda La ventaja de los filtros DTFT es que vienen acompañados con las derivadas de los O-splines. La gráfica superior de la figura 2 muestra la primera derivada de los splines de la figura 1. Sus respuestas en frecuencia se grafican abajo. Note que si es la respuesta en frecuencia del k -ésimo filtro pasabajas, entonces la respuesta en frecuencia del correspondiente diferenciador es y sus respuestas en frecuencia tienen una ganancia lineal en la banda de paso. Similarmente, la segunda derivada de los O-splines se ilustra en la gráfica superior de la figura 3. De nuevo, estas corresponden a la derivada de los anteriores. Su respuesta en frecuencia está graficada abajo. Estos tienen una ganancia parabólica en la banda de paso ya que . Finalmente, el renglón de graficas de la figura 4 ilustra los O-splines de K=0 a K=3 , y los vectores bajo cada una de ellas, ilustran sus progresivas derivadas de arriba hacia abajo. Como puede verse, los altos grados requieren ventanas de observación más grandes, pero ofrecen más detalles de los eventos dinámicos, y Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 49 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. mejoran la exactitud paramétrica. Note cómo las diagonales son combinaciones lineales de traslaciones del primer spline de la correspondiente diagonal, indicando que residen en el subespacio que aloja dicho spline. En la siguiente sección, se comparan los sincrofasores y los parámetros estimados con el conjunto de diferenciadores de primer y tercer grado (K=1 y K=3). Fig. 2. Primera derivada de las O-splines (gráfica superior) y respuesta en frecuencia (gráfica inferior) del primer diferenciador pasabajas, K=0,1, … ,5 , y 11. Fig. 3. Segunda derivada de los O-splines y respuestas en frecuencia del segundo diferenciador pasabajas, K=0,1, … ,5 , y 11 . 50 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Fig. 4. O-splines (primer renglón) y derivadas de los bancos de filtro DTFT pasabajas (columnas), K=0, 1, 2, 3 . RESULTADOS: ESTIMACIÓN DE SINCROFASORES La estimación de sincrofasores es una aplicación interesante de la DTFT. Con la DTFT es posible estimar no sólo las excursiones de amplitud y fase de voltajes y corrientes durante una oscilación de potencia, sino también sus fluctuaciones de frecuencia, y su tasa de cambio (ROCOF). En esta sección se ilustran los estimados de voltajes trifásicos de una interesante oscilación real de un sistema de potencia de 50 Hz, cuyas señales fueron grabadas a 20 muestras por período fundamental (1 kHz). La figura 5 muestra en línea punteada la señal del Voltaje C durante una rápida oscilación, junto con la envolventes de amplitud obtenidas con K=1 y K=3 , respectivamente. Las estimaciones son calculadas deslizando la ventana de observación punto por punto, produciendo estimados puntuales. Por otra parte, la figura 6 muestra las estimaciones de fase de los tres voltajes. Como puede verse, el caso de oscilación corresponde a un vaivén muy rápido. La derivada del ángulo de fase ofrece la fluctuación de frecuencia durante la oscilación. La gráfica de arriba en la figura 7 muestra las estimaciones de frecuencia del Voltaje C. Los cruces por la línea f=50 Hz marcan los puntos de máximos y mínimos de la gráfica de fase en la figura 6. Es evidente que el análisis DTFT puede rastrear muy rápidas excursiones de frecuencia (mucho más grandes que las cotas del estándar). Por otra parte, la gráfica de abajo de la figura 7 ilustra la derivada de frecuencia (ROCOF) del evento en Hz/s. Nuevamente, sus cruces por cero marcan los máximos y mínimos de la curva en la gráfica superior. Finalmente, la figura 8 muestra el TPE definido en (11), calculado sobre intervalos de un ciclo, entre la señal dada y la estimada, sintetizada con estimados instantáneos (punto a punto). Como se esperaba, los errores obtenidos con K=1 son mayores que los de K=3 , sin embargo ambas aproximaciones son muy pobres. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 51 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Fig. 5. Voltaje C durante un vaivén de potencia (línea punteada), y envolventes de amplitudes estimadas punto por punto con K=1 (línea a rayas) y K=3 (línea continua). Fig. 6. Ángulo de fase de voltajes A, B, y C, durante la oscilación de potencia calculados con K=1 (línea a rayas) y K=3 (línea continua). 52 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Fig. 7. Excursión de frecuencia del Voltaje C (arriba), con K=1 en línea a rayas y K=3 en línea continua. Al fondo su derivada (ROCOF) estimada con K=3 . Figure 8: TPEs calculado punto a punto en intervalos de un ciclo, con K=1 y K=3 . Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 53 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Fig. 9. Estimados de amplitud y fase del Voltaje C con O-splines de 3 er orden contraídos a dos ciclos. Aparentemente hemos encontrado una señal anómala para la DTFT. Note los errores pico de la figura 8 se deben a las caídas de frecuencia de la figura 7, y que las mejores aproximaciones se encuentran bajo los topes de las fluctuaciones cóncavas. Además, las formas parabólicas de frecuencia se van haciendo cada vez más angostas cuando el tiempo avanza, desde 10 hasta 3 ciclos. Como los O-splines son de 4 períodos, la suposición de fluctuaciones suaves es únicamente válida cuando las fluctuaciones parabólicas son más anchas de 4 ciclos. Esto explica el incremento del error en la figura 8, hasta los más grandes obtenidos después del 150 avo ciclo. Fig. 10. TPE en Voltaje C obtenido con O-splines de 3 er orden contraídos a 2-cycles 54 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Afortunadamente, la DTFT ofrece una amplia gama de soluciones. El inconveniente anterior se resuelve submuestreando las curvas flexibles O de orden 3 por un factor de 2 , y escalándolas para obtener ganancia unitaria en el filtro pasabajas. De esta manera, los O-splines son mucho más angostas (de 2 ciclos). La figura 9 muestra las amplitudes y fases estimadas del voltaje C con estos splines contraídos. Este cambio reduce el TPE como se ilustra en la figura 10. Note que las fluctuaciones parabólicas continúan manifestándose en esta gráfica. RESULTADOS: SEPARACIÓN DE MODOS DE OSCILACIÓN En esta sección se usa la DTFT de 3er orden para separar los modos electromecánicos 16 de la oscilación de potencia del anterior vaivén. Como las frecuencias de los modos tienen que conocerse a priori, esta aplicación es aún un análisis post mortem. Esta aplicación muestra que la DTFT is capaz de detectar modos con frecuencia modulada. La oscilación de potencia instantánea aparece en la gráfica superior de la figura 11, y su espectro normalizado se ilustra en la de en medio. Contiene un modo en f0 =0 Hz, y otro en f1 =15.7 Hz. La oscilación tiene también tres pequeños modos perceptibles de alta frecuencia. Una a f2 =100.48 Hz, la otra a f3 =113.04 Hz, y la tercera a f4 =128.74 Hz. Como puede verse, las frecuencias de estos modos no son múltiples de la primera (en 15.7 Hz). La gráfica inferior ilustra la respuesta en magnitud de los filtros DTFT empleados en el análisis. Estos fueron diseñados como sigue: Un ciclo fundamental de la oscilación de potencia (64 ms) contiene 64 muestras. Por tanto, la DTFT debe incluir 32 armónicas. La ventana de observación de los filtros es por tanto de 256 ms. Los tres filtros pasabanda de alta frecuencia se sintonizan en las frecuencias centrales de cada modo. Fig. 11. Oscilación de potencia instantánea (arriba), su espectro normalizado (en medio), y la respuesta en magnitud de los filtros DTFT (al fondo). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 55 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. La figura 12 ilustra los modos estimados, y al fondo la oscilación de potencia reconstruida comparada con la original. La secuencia de cada modo m es calculada de los coeficientes instantáneos Taylor Fourier simplemente como , ya que la contribución de las derivadas en el centro del intervalo es cero. Como puede verse, el modo cero dura los primeros 2 segundos, y el primer modo durante los últimos 4 segundos, mientras que el resto de los modos vive únicamente medio segundo justo después de la mitad del intervalo de observación. Estas gráficas muestran que la DTFT es capaz de separar eventos en tiempo y frecuencia. Divide el evento en tres intervalos: uno antes de la falla, el otro durante la falla, y el último después de la falla. En la gráfica inferior, es patente que la oscilación de potencia reconstruida (línea punteada) se ajusta bien a la oscilación original. La energía del error es 5 % de la energía de la señal de oscilación. Hay un pequeño error debido a que la separación de los dos primeros modos no es perfecta, es decir que ellos comparten energía en las bandas de transición de los filtros correspondientes (ver gráfica inferior de la figura 11). Fig. 12. Modos de oscilación y al fondo la oscilación de potencia sintética, comparada con la señal original de oscilación. Las técnicas de descomposición de modos tradicionales generalmente consideran la componente cero como una constante que se elimina mediante la sustracción del promedio de la señal antes del análisis. Esta consideración es una herencia de la manera fourierana de pensar. La descomposición de modos con la DTFT muestra claramente que, en general, el modo cero fluctúa, y debe considerarse como un modo de oscilación per se, ya que contiene información dinámica importante, como se muestra en lo que sigue. La amplitud del modo cero y su primera derivada se muestra en las gráficas de la figura 13. Note que los cruces por cero de la primera derivada corresponden a los máximos y mínimos de la amplitud. Lo mismo es válido para la segunda derivada mutatis mutandis. Las derivadas de la DTFT son muy exactas. 56 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Fig. 13. Amplitud del modo cero, y sus primeras dos derivadas. Por otra parte, la figura 14 muestra en la gráfica superior la envolvente de amplitud del primer modo en MW, y al fondo su primera derivada en MW/s. Hay una patente infiltración del modo cero, que es amplificada por el diferenciador. Cuando este modo desaparece en el intervalo postfalla, se suavizan tanto la amplitud como su derivada. Note que dos picos delimitan la duración de la falla. Fig. 14. Envolvente de amplitud del primer modo en MW (gráfica superior), y su primera derivada en MW/s (gráfica inferior). Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 57 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Por último, la gráfica superior de la figura 15 muestra la fase y la del fondo su derivada. De nuevo, la infiltración del modo cero es patente en la gráfica de abajo. Sin embargo, es evidente que el primer modo es de frecuencia modulada, ya que su frecuencia inicia en 0 Hz, y crece exponencialmente con pequeñas fluctuaciones hasta alcanzar 15.6 Hz en t=3 s, donde se mantiene hasta el final del registro. Esta evolución de la frecuencia se muestra con menos resolución en el espectrograma ilustrado en la Fig. 4, calculado con una secuencia de transformadas rápidas de Fourier (FFTs) usando una ventana rectangular de 4 ciclos (256 muestras). La variación de frecuencia es también patente en la oscilación de potencia misma en la gráfica superior de la figura 16, en la cual los intervalos pico a pico de la oscilación disminuyen paulatinamente en la medida que la frecuencia aumenta. Por lo tanto, la DTFT descubre una frecuencia dinámica no percibida por los métodos tradicionales de descomposición de modos, los cuáles asumen modos de frecuencia constante. Fig. 15. Fase del primer modo (gráfica superior) y su frecuencia (gráfica inferior). Los mismos estimados pueden obtenerse para los últimos tres modos en la falla. Pero los analizados son suficientes para mostrar que la DTFT ofrece separación tiempo frecuencia, y puede tratar con modos de frecuencia modulada. En 16 el rendimiento del análisis con la 3 er DTFT se comparó con los métodos de Prony, 11 el algoritmo de realización eigensistema (ERA), 25 y el Matrix Pencil . 26. De los modos interárea analizados en 16 (en 0.133 , 0.399 , 0.532 , 0.665 , y 0.798 Hz), se concluyó que la DTFT puede aplicarse a oscilaciones de baja frecuencia. Sin embargo, note que el análisis de modos de más baja frecuencia requieren ventanas más largas; por ejemplo, un modo de 0.1 Hz necesita una ventana de 40 s. Sin embargo, dichos modos pueden también extraerse con el filtro pasabajas. 58 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. Fig. 16.: Espectrograma de la oscilación de potencia. DISCUSIÓN Con respecto a la aplicación de sincrofasores, los O-splines ofrecen un serie de elegantes soluciones para las clases P y M del Estándar. 4. Los resultados muestran que los estimados de la DTFT ofrecen información dinámica mucho más rica que la especificada por dicho Estándar. Además, el error fasorial total evalúa la calidad del conjunto de parámetros estimados. Con relación al problema de detección de modos de oscilación, la DTFT ofrece separación tiempo frecuencia de modos modulados en frecuencia o modos de frecuencia constante. Finalmente, la elegante teoría matemática detrás de la DTFT ofrece una solución unificante de dos problemas importantes en medición de sistemas de potencia de área amplia, tradicionalmente considerados como completamente independientes. Sin embargo, cabe señalar que la DTFT asume que la energía espectral de la señal se concentra alrededor de ciertas frecuencias, y que en la ventana temporal de observación la envolvente compleja sea tan suave como para ser aproximada por un polinomio de Taylor. En consecuencia, la DTFT es incapaz de extraer transitorios muy rápidos con un espectro demasiado amplio, ya que la separaría en varias componentes. CONCLUSIÓN Los O-splines permiten sintonizar filtros DTFT en un cierto número de frecuencias, reduciendo la complejidad numérica de la DTFT. Los coeficientes Taylor Fourier son muy útiles para el análisis multiresolución de señales oscilatorias de frecuencia fluctuante. El caso ilustrado de señal demuestra que existen señales de sistemas de potencia reales con fluctuaciones mucho más complejas que las señales de prueba del estándar de sincrofasores del IEEE. En lo concerniente al problema de separación de modos, la DTFT es capaz de separarlos Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 59 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. en tiempo y en frecuencia, incluyendo el modo oscilatorio cero, tradicionalmente considerado como constante. La DTFT ofrece una única teoría para resolver dos problemas importantes de sistemas de potencia considerados tradicionalmente como independientes, y abre el camino a interpretaciones más precisas y exactas de los eventos oscilatorios, dando lugar a nuevo conocimiento. La siguiente etapa es usar los O-splines con frecuencia adaptiva, y obtener soluciones en tiempo real para la separación de modos de oscilación. AGRADECIMIENTO El autor agradece amablemente a Jörg Blumschein por haber aportado el registro de las señales de oscilación analizadas en éste artículo. REFERENCIAS 1. J. G. Proakis and D. K. Manolakis, Digital Signal Processing, 4th ed. Upper Saddle River, N.J: Pearson, 2006. 2. M. A. Platas-Garza and J. A. De la O Serna, “Dynamic harmonic analysis through Taylor-Fourier transform,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 60, no. 3, pp. 804–813, 2011. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1109/ TIM.2010.2064690 3. J. A. de la O Serna, “Analyzing power oscillating signals with the o-splines of the discrete taylor–fourier transform,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 33, no. 6, pp. 7087–7095, Nov 2018. 4. “IEEE standard for synchrophasor measurements for power systems,” IEEE Std C37.118.1-2011 (Revision of IEEE Std C37.118-2005), pp. 1–61, Dec 2011. 5. A. G. Phadke and B. Kasztenny, “Synchronized phasor and frequency measurement under transient conditions,” IEEE Trans. Power Del., vol. 24, no. 1, pp. 89–95, Jan 2009. 6. R. Ghiga, K. Martin, Q. Wu, and A. Nielsen, “Phasor measurement unit test under interference conditions,” IEEE Trans. Power Del., vol. PP, no. 99, pp. 1–1, 2017, DOI:10.1109/TPWRD.2017.2691356. 7. D. Macii, D. Petri, and A. Zorat, “Accuracy analysis and enhancement of DFT-based synchrophasor estimators in off-nominal conditions,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 61, no. 10, pp. 2653–2664, Oct 2012. 8. M. Karimi-Ghartemani, B. T. Ooi, and A. Bakhshai, “Application of enhanced phase-locked loop system to the computation of synchrophasors,” IEEE Trans. Power Del., vol. 26, no. 1, pp. 22–32, Jan 2011. 9. I. Kamwa, A. K. Pradhan, and G. Joos, “Adaptive phasor and frequencytracking schemes for wide-area protection and control,” IEEE Trans. Power Del., vol. 26, no. 2, pp. 744–753, April 2011. 10. J. S. Gasca and D. Trudnowski, “Identification of electromechanical modes in power systems,” IEEE Power and Energy Society, Task Force on Identificatioin of electromechanical modes, Tech. Rep., June 2012. 60 Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �O-splines para analizar señales de oscilaciones de potencia / José Antonio de la O Serna. 11. J. F. Hauer, C. J. Demeure, and L. L. Scharf, “Initial results in Prony analysis of power system response signals,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 5, no. 1, pp. 80–89, Feb 1990. 12. J. Rommes, N. Martins, and F. Freitas, “Computing rightmost eigenvalues for small-signal stability assessment of large scale power systems,” in IEEE PES General Meeting, July 2010, pp. 1–1. 13. J. W. Pierre, D. J. Trudnowski, and M. K. Donnelly, “Initial results in electromechanical mode identification from ambient data,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 12, no. 3, pp. 1245–1251, Aug 1997. 14. A. R. Messina and V. Vittal, “Nonlinear, non-stationary analysis of interarea oscillations via Hilbert spectral analysis,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 21, no. 3, pp. 1234–1241, Aug 2006. 15. A. Q. Zhang, L. L. Zhang, M. S. Li, and Q. H. Wu, “Identification of dominant low frequency oscillation modes based on blind source separation,” IEEE Trans. Power Syst., vol. PP, no. 99, pp. 1–1, 2017. 16. J. A. De la O Serna, J. M. Ramirez, A. Zamora Mendez, and M. R. A. Paternina, “Identification of electromechanical modes based on the digital Taylor-Fourier Transform,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 31, no. 1, pp. 206–215, 2016. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1109/TPWRS.2015.2403290 17. J. A. De la O Serna, “Synchrophasor measurement with polynomial phaselocked-loop Taylor-Fourier filters,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 64, no. 2, pp. 328–337, 2015. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1109/ TIM.2014.2344333 18. I. Daubechies, Ten Lectures on Wavelets. Society for Industrial and Applied Mathematics, 1992. [Online]. Available: http://epubs.siam.org/doi/abs/10.1 137/1.9781611970104 19. J. A. De la O Serna, “Dynamic phasor estimates for power system oscillations,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 56, no. 5, pp. 1648–1657, 2007. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1109/TIM.2007.904546 20. M. A. Platas-Garza and J. A. De la O Serna, “Dynamic phasor and frequency estimates through maximally flat differentiators,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 59, no. 7, pp. 1803–1811, 2010. [Online]. Available: http://dx.doi. org/10.1109/TIM.2009.2030921 21. M. Vetterli, K. Kovacevic, and V. K. Goyal, Foundations of Signal Processing, 3rd ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press,2014, available at http:// www.fourierandwavelets.org/. Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 61 �Colaboradores Bretón Jiménez, Emmanuel Se encuentra en el proceso de titulación con la modalidad articulo científico para obtener su grado de Licenciatura en Ingeniería Química en la División Académica de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Su trabajo de investigación lo realizó durante el Verano Científico Programa Delfín en la UANL. Bayer, Carolyn L. Bayer Es profesora asistente de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ciencias e Ingeniería de la Universidad Tulane, Universidad de Lousiana. Es posdoctorada del Ruth L. Kirschstein National Research Service Award (NRSA) en la Universidad de Texas en Austin. Ingeniera Electricicta de Case Western Reserve University, y doctorada en Ingeniería Biomédica en la Universidad de Texas en Austin. Cantú Mata, José Luis Ingeniero Administrador de Sistemas. Maestro en Administración Industrial y de Negocios, con orientación en Comercio Exterior. Doctor en Filosofía, con especialidad en Administración, todos por la UANL. Profesor-Investigador de la FIME-UANL. Dávila Guzmán, Nancy Elizabeth Profesora de tiempo completo en la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL y líder del cuerpo académico UANL-CA-49 de Ingeniería Química. De la O Serna, José Antonio Doctor en Telecomunicaciones por la Escuela TELECOM Paris Tech, Francia (1982). Entre 1982 y 1986 trabajó en el ITESM. De 1988 a 1993 trabajó en el Politécnico de Yaoundé, Camerún. 62 Actualmente es Profesor Investigador de la UANL. Es miembro del SNI. Emelianov, Stanislav Y. Es profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación de Georgia Tech. Director del Ultrasound Imaging and Therapeutics Research Laboratory en el Georgia Institute of Technology. Cuenta con la licenciatura (1986) y maestría (1989) en física y acústica. Doctorado en física (1993) de la Universidad Estatal de Moscú, Rusia. En 2002 formó el Ultrasound Imaging and Therapeutics Research Laboratory en la Universidad de Texas en Austin. Hernández Rivera, Miguel Ángel Obtuvo su Doctorado en la Facultad de Ciencias Químicas de la UNAM. Actualmente se desempeña como profesor de tiempo completo en la División Académica de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, pertenece al Cuerpo Académico de Materiales Avanzados para Ingeniería, en la línea de investigación Obtención de Materiales y Procesos para Control ambiental. López Guerrero, Francisco Eugenio Ingeniero Mecánico Electricista e Ingeniero en Control y Computación de la UANL, Maestro en Ciencias de la Administración con especialidad en Sistemas por la misma Universidad, durante estos estudios participó en la Universidad Técnica de Hamburgo, Alemania en donde desarrolló su tesis de maestría. Doctor en Ingeniería de Materiales en la Universidad Autónoma de Nuevo León trabajando en conjunto con el Departamento de Materiales y Automatización de la Universidad Técnica de Hamburgo, Alemania. Profesor de tiempo completo Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Colaboradores de la Coordinación de Ingeniería Mecatrónica de la FIME. Miembro del Cuerpo Académico “Sistemas Integrados de Manufactura”. Loredo Cancino, Margarita Profesora de tiempo completo en la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL y miembro del cuerpo académico UANL-CA-49 de Ingeniería Química. Luke P. Geoffrey Es profesor asistente del ingeniería en Darmouth Engennering. Cuenta con la licenciatura en Ingeniería Computacional y Matemáticas de la Universidad de Wyoming (2007), Maestría en Ingeniería Eléctrica de la misma universidad (2009), y Doctorado en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Texas en Austin (2013). Estuvo en el uth L. Kirschstein National Research Service Award (NRSA) en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Texas en Austin. Melgar Urbina, Edwin Javier Obtuvo su grado de Licenciatura en Ingeniería Química en la División Académica de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Actualmente, estudia la M.C. con Orientación en Microbiología Aplicada en la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL. Ingenierías, Octubre-Diciembre XXIII, No. 89 Morales Avalos, Jorge Eduardo Ingeniero en Mecatrónica por la Universidad Autónoma de Nuevo León. En 2014, realizó una estancia de investigación en el Centro de Supercomputación de Barcelona, España. Maestro en Ciencias en Mecatrónica por la Universidad de Siegen en Alemania. Desde 2018 es estudiante de doctorado, investigador y docente de tiempo completo en el departamento de Manufactura Automatizada y Ensamble de la Universidad de Siegen. Enfocado en el desarrollo de sistemas robóticos suaves. Ramírez Cruz, Francisco Ingeniero Mecánico Electricista egresado de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, Es Maestro en Ciencias de la Mecatrónica de la Universidad Técnica de Hamburgo, Alemania. Dirigió el departamento de Somatoprótesis de la Facultad de Medicina de la UANL. Doctor en Ingeniería de materiales en la UANL trabajando en conjunto con el Departamento de Materiales y Automatización de la Universidad Técnica de Hamburgo, Alemania. Profesor de tiempo completo del Departamento de Mecatrónica de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Miembro del Cuerpo Académico “Sistemas Integrados de Manufactura”. 63 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, exactitud de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. Las contribuciones sobre modelación y simulación deben estar científicamente dentro del propio trabajo. Los trabajos con base en encuestas de opinión o entrevistas describiendo su impacto social, especialmente en áreas relacionadas con la ingeniería, deberán incluir la metodología y aspectos estadísticos tanto para su diseño como para el análisis de las mediciones y resultados, así como la validación de las correlaciones que pudieran presentarse. 64 No se consideran para publicación protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, por e-mail a la dirección: revistaingenierias@uanl.mx El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 15 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, primer piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 E-mail: revistaingenierias@uanl.mx Ingenierías, Octubre-Diciembre 2020, Vol. XXIII, No. 89 �Código de ética Autores Los autores deben presentar una narración concisa y exacta del trabajo desarrollado, así como una discusión objetiva de su significado intelectual y científico. Los autores deben abstenerse de ofrecer los mismos manuscritos que se encuentren en consideración por otras publicaciones. Los autores deben incluir en su manuscrito detalles suficientes y referencias a fuentes de información públicas para hacer posible la reproducción del trabajo por terceros. Los autores deben abstenerse de presentar críticas personales en sus trabajos. Los autores deben citar aquellas publicaciones que son antecedentes esenciales para comprender el trabajo. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido mediante comunicación privada que no se localice en publicaciones. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido de manera confidencial sin el permiso explícito correspondiente. Los autores deben abstenerse de incluir información obtenida en el proceso de servicios confidenciales, tales como documentación para concursos o solicitudes de becas. Los autores deben abstenerse de citar publicaciones que no se relacionen o que sólo se relacionen remotamente con la materia. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo de las instituciones y organismos que hayan contribuido significativamente al desarrollo del trabajo, así como a colaboradores que hayan contribuido de manera importante, pero sin que hayan llegado a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo a colaboradores fallecidos que hayan contribuido de manera importante, pero sin que lleguen a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera, señalando la fecha de su muerte. Los autores deben abstenerse de utilizar nombres ficticios o seudónimos. Los autores deben responsabilizarse del material que presentan en su manuscrito. Revisores Los revisores deben declinar cualquier invitación para evaluar un manuscrito si no se consideran calificados, carecen de tiempo para juzgar o se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los revisores deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los revisores deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los revisores deben abstenerse de expresar críticas personales. Los autores deben abstenerse de incluir como autores a terceros que no cumplan con el criterio de coautoría, el cual consiste en la contribución significativa al desarrollo y preparación del trabajo. Los revisores deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los autores deben incluir a los coautores fallecidos que cumplan con el criterio de coautoría, asentando la fecha de su muerte. Los revisores deben abstenerse de utilizar o difundir información, argumentos o interpretaciones no publicadas contenidas en un manuscrito bajo consideración, Ingenierías, Enero-Marzo 2020, Vol. XXIII, No. 86 67 �Código de ética excepto con el consentimiento expreso de los autores posteriormente al proceso de evaluación. Los revisores deben considerar en su revisión posibles errores o fallas de los autores al citar el trabajo relevante de otros. Los revisores deben informar al editor si encontraran alguna semejanza substancial entre el manuscrito y cualquier otro trabajo. Los revisores no deberán intentar contactar a los autores, si hubieran inferido su identidad, previamente a haber emitido su fallo. Editor El editor debe dar consideración justa e imparcial a todos los manuscritos ofrecidos para su publicación, juzgando cada uno de sus méritos científicos o tecnológicos, sin prejuicios de raza, género, religión, creencia, origen étnico, ciudadanía, filosofía o política del autor. El editor debe considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. El editor debe abstenerse de expresar crítica personal. El editor debe explicar y apoyar su juicio final para que los autores comprendan el fundamento de las observaciones. El editor debe abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando cuente con el permiso del autor. El editor deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a ninguna persona fuera de aquellos a los que se les solicite consejo profesional. El editor debe respetar la independencia intelectual de los autores. El editor debe procesar los manuscritos con diligencia. El editor debe ejercer su responsabilidad y la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación. 68 El editor debe delegar en los miembros del consejo editorial o comité técnico la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación en casos en que se presente conflicto de interés con el editor. El editor debe delegar la responsabilidad y autoridad editorial a alguno de los miembros de los consejos editoriales cuando él sea autor o coautor de un manuscrito que se somete a consideración de la revista. Cuerpo Editorial (Consejos Editoriales y Comité Técnico) Los miembros del cuerpo editorial deberán estar dispuestos a otorgar consejo al editor en las situaciones requeridas. Los miembros del cuerpo editorial deben declinar cualquier invitación para brindar consejo si se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los miembros del cuerpo editorial deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los miembros del cuerpo editorial deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de expresar críticas personales. Los miembros del cuerpo editorial deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando se cuente con el permiso del autor. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a cualquier persona fuera de aquellos que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deberán respetar la independencia intelectual de los autores. Ingenierías, Enero-Marzo 2020, Vol. XXIII, No. 86 �� Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2020 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 23 Número Número de la revista 89 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2020, Año 23, No 89, Octubre-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/10/2020 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021124 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Carbón activado Equidad Imágenes fotoacústicas Oscilaciones de potencia https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21020/Ingenierias_2020_Ano_23_No_89_Octubre-Diciembre_Suplemento.pdf 610f548267a23023efd159dfd0f12eaf Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2020 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 23 Número Número de la revista 89 Mes de publicación Mes cuando se publicó Octubre-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Trimestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2020, Año 23, No 89, Octubre-Diciembre, Suplemento Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/10/2020 Type The nature or genre of the resource Suplemento Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021123 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Germanio Modelo nuclear Termohidráulico Óxidos metálicos Reactor Nuclear Uranio https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21022/Ingenierias_2021_Ano_24_No_90_Enero-Junio.pdf 3d7940a1047012eb0c059a563f88e5de PDF Text Text �90 Contenido Enero-Junio de 2021, Volumen 24, No. 90 3 Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo Perovskita Ana Itzel Santiago Mustafat, Arián Espinosa Roa, Edgar González Juárez, Eduardo M. Sánchez Cervantes 13 Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addition of isocyanate and amine groups to urethane bond Pedro Edmundo Martín-Várguez, Virgilio Ángel González-González, Marco Antonio Garza-Navarro, Alejandro Torres-Castro 27 Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación Judit Angster, Péter Rucz, András Miklós 41 Clasificador de objetos MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo Allison Guzmán Lembo, Carlos Daniel Mayorga Alvarado, Jimena Fernanda Dávila Vázquez, Jonathan Martínez Reyna, Angel Rodriguez-Liñan, Luis M. Torres-Treviño 55 Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio que ayude a fortelecer el razonamiento lógico-matemático Alicia Y. López Sánchez, Aída Lucina González Lara, Cesar Guerra Torres 72 Colaboradores 74 Información para colaboradores 75 Código de ética Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 � �DIRECTORIO Ingenierías, Volumen 24, N° 90, enero- junio 2021. Es una publicación semestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Teléfono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Impresa por: Desarrollo Litográfico S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, Nuevo León, México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de enero de 2021. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66455. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2021 revistaingenierias@uanl.mx UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Mtro. Rogelio G. Garza Rivera Rector Dr. Santos Guzmán López Secretario General Mtra. Emilia Edith Vásquez Farías Secretario Académico Dr. Celso José Garza Acuña Secretario de Extensión y Cultura Lic. Antonio Ramos Revillas Director de Editorial Universitaria FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Dr. Arnulfo Treviño Cubero Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable M.C. Cyntia Ocañas Galván Dr. Jesús G. Puente Córdova Redacción Gregoria Torres Garay Tipografía y formación M.A. José Luis Martínez Mendoza Diseño Ing. Cosme D. Cavazos Martínez Webmaster René de la Fuente Franco Impresor CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dra. Ruth Kiminami, Brasil. UFSC, San Pablo / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Zarel Valdez Nava, Francia. UPS-INPT-LAPLACE-CNRS. CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Benjamín Limón Rodríguez, FIC-UANL / Dr. José Rubén Morones Ibarra, FCFM-UANL / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, FIME-UANL / Dr. Félix Sánchez De Jesús, ICBI-UAEH / Dr. Ernesto Vázquez Martínez, FIME-UANL. COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García, FIME-UANL / Dr. Rafael Colás Ortiz, FIME-UANL / Dr. Jesús De León Morales, FIME-UANL / Dr. Virgilio Ángel González González, FIME-UANL / Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar, FIME-UANL / Dra. Oxana Vasilievna Karissova, FCFM-UANL / Dr. Francisco Eugenio López Guerrero, FIME-UANL / Dr. Martín Edgar Reyes Melo, FIME-UANL / Dr. Roger Z. Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñán, FIME-UANL. � Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita Ana Itzel Santiago MustafatA, Arián Espinosa RoaB, Edgar González JuárezA, Eduardo M. Sánchez CervantesA* Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas Centro de Investigación en Química Aplicada, CIQA *eduardo.sanchezcv@uanl.edu.mx A B RESUMEN Las celdas solares de perovskita (CSP) han cambiado el paradigma de investigación en el área de la energía fotovoltaica debido a la combinación de altas eficiencias junto con un menor costo y facilidad de fabricación. Las CSP se pueden fabricar mediante metodologías basadas en soluciones de compuestos precursores para el depósito de las películas de estructura tipo perovskita. Entre esos compuestos se encuentran los haluros de plomo inorgánicos (Pbl2, PbCl2, PbBr2) en combinación con compuesto orgánico metilamonio (MA) que se reporta que han alcanzado hasta un 25 % de eficiencia. A pesar de ello, estos materiales presentan desventajas como la sensibilidad de la película de perovskita a la humedad del ambiente, lo que resulta un tiempo de vida de los dispositivos corto. Una alternativa para estabilizar la celda es la aplicación de aditivos, los cuales son líquidos iónicos formados por un catión y un anión con un carácter altamente hidrófobo, basados en fosfonio (tetraburoborato de tetrabutil fosfonio (B4PBF4). El aditivo mejora significativamente la morfología de las películas, obteniendo mejoras prometedoras en la estabilidad de los dispositivos. PALABRAS CLAVE Celdas solares, perovskitas, líquidos iónicos, capas delgadas, estabilidad. ABSTRACT Perovskite (CSP) solar cells have changed the research paradigm in the area of photovoltaics, due to the combination of high efficiencies along with lower cost and ease of manufacture. CSP can be manufactured using methodologies based on solutions of precursor compounds for the deposition of perovskite films. Among these compounds are the inorganic lead halides (Pbl2, PbCl2, PbBr2) in combination with organic methylammonium (MA), with reported efficiency values up to 25%. Despite their high efficiencies, these materials have disadvantages, such as the sensitivity of the perovskite film to ambient humidity, resulting in a short device life time. An alternative to reduce stability problems is the application of additives that increase the stability of the cell. Said additives are ionic liquids formed by a cation and an anion with a highly hydrophobic character, based on phosphonium (tetrabutyl phosphonium tetraburoborate (B4PBF4). The additive significantly improves the morphology of the films, obtaining promising improvements in the stability of the devices. KEYWORDS Solar cells, perovskites, ionic liquids, thin films, stability. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 � �Ingenierias de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. INTRODUCCIÓN La energía solar es una fuente de energía limpia que puede ayudar a satisfacer la creciente demanda mundial de energía, así como disminuir los efectos de emisión de carbono. Entre los dispositivos que proveen este tipo de energía se encuentran las celdas solares de perovskita (CSP). En los últimos años ha crecido su relevancia debido a las altas eficiencias de conversión (PSC) reportadas a más del 25 %, 1 sumando a su alto nivel de absorción y un menor costo de fabricación. Componentes diversos en la solución precursora de la perovskita de haluro organometálico CH3NH3MX3 (M= Pb o Sn, X= Cl, Br o I), afectan fuertemente la calidad de la película cristalina de la perovskita, formando una variedad de defectos. Las perovskitas de haluro organometálico, se reportaron por primera vez en 1970 con una fórmula general ABX3, donde A+= un catión orgánico como metilamonio (CH3NH3+ y MA+), cesio (Cs+), rubidio (Ru+), formamidinio (HC (NH2)2 y FA+); B= plomo (Pb2+) o estaño (Sn2+) y X- = cloro (Cl-), bromo (Br-) 2 o yodo (l-). En 1995 Mitzi et al., desarrollo a profundidad el procesamiento de cristales de perovskita orgánicos e inorgánicos en capas y sus propiedades ópticas.3 Las celdas solares de perovskita basadas en haluro organometálico, como capa absorbente de luz, se han considerado prometedoras en la tecnología fotovoltaica. El material clave que ha presentado estas eficiencias es el haluro organometálico CH3NH3MX3 (M= Pb o Sn, X= Cl, Br o I). Componentes diversos en la solución precursora de la perovskita de haluro organometálico afectan fuertemente la calidad de la película cristalina de la perovskita, formando una variedad de defectos. Actualmente, los aditivos se utilizan ampliamente, generando mejoras significativas en las CSP. Son et al. en 2018, demostraron que el yoduro de potasio (KI) en perovskita de haluro, puede eliminar la histéresis de los dispositivos alcanzando eficiencias alrededor del 17 %. 4 Ésta y otras investigaciones como Zhang et al. en 2019 sugieren que el yoduro de potasio (KI) y el triyoduro de potasio (KI3) son un ejemplo de aditivos inorgánicos útiles. Que modifican la morfología de la superficie de la película de perovskita, mejorando la estabilidad del dispositivo con un 21 % de PCE. 5, 6 Los líquidos iónicos (LI) también han sido utilizados como disolventes y/o aditivos en soluciones precursoras de perovskita, así como modificadores de interfaz. Debido a la naturaleza de los LI, los precursores (Pbl2 y MAI), se disuelven homogéneamente en la solución, cuando se usan como solvente o aditivo promueven la formación uniforme de la película. 7,8 Los LI son ampliamente utilizados para estabilizar los dispositivos contra la humedad. En una publicación de Du et al. 2018, donde utilizan 1-butil-3metilimidazolio (BMIBr) como aditivo en la solución precursora de la perovskita (MAPbI3), las películas dopadas mostraron tolerar mayormente la estabilidad térmica (85 °C por 50 minutos), en contraste de las películas no dopadas (85°C por 20 minutos), este enfoque puede ayudar a desarrollar dispositivos fotovoltaicos a largo plazo. 9 La naturaleza hidrófoba de los LI también han sido altamente efectiva para mejorar la estabilidad de las CSP, estos están siendo explorados recientemente. 9 La mayoría de las investigaciones de los LI se centran en los basados en nitrógeno (amonio, imidazolio, piridinio), mientras que los LI basados en fósforo han recibido menos atención, a pesar de las propiedades comparables a sus contrapartes a base de nitrógeno. Los fosfonios son compuestos orgánicos ampliamente reconocidos como hidrófobos y estables contra la radiación solar. 10 � Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. Varios haluros de fenilfosfonio han sido utilizados 11 como aditivos, tales como el yoduro de tetrafenilfosfonio (TPPI), cloruro de tetrafenilfosfonio (TPPCl) y bromuro de tetrafenilfosfonio (TPPBr) en la que reportaron que el TPPI y TPPCl son eficientes en mejorar la cristalinidad y coberturas de las películas de perovskita (figura 2), esto se debe a que los aniones l- y Cl- pueden quelatarse con los cationes del Pb2+ y mejorar la formación de la película. Como resultado obtuvieron una eficiencia mejorada que va de un 10 % para la celda solar de referencia sin aditivos a un 13 % con aditivo interfacial. 12 Por otro lado, Wu et al. reporta que utilizaron el aditivo 1- hexafluorofosfato de etil-3-metilimidazolio ([EMIM]PF6) entre la capa ETL y la capa activa. Como resultado obtuvieron una mejora de transporte de electrones, reflejada en su alta eficiencia de conversión de energía del 19.5 %.13 Fig. 1. Micrografías SEM de películas TPPCI, TBPI, TPPI, TPPBr y TBAI (tomada de Phosphonium Halides as Both Processing Additives and Interfacial Modifiers for High Performance Planar- Heterojunction Perovskite Solar Cells, Small, Sun, 2015).12 En el laboratorio de Materiales para el Almacenamiento y Conversión de Energía de la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ), de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), se está llevando a cabo un estudio de la síntesis de un nuevo líquido iónico (LI) para incorporarlo en los precursores (Pbl2 y MAI) de perovskitas híbridas, para un estudio más amplio el aditivo se incorporó en diversos intervalos (0 %, 0.25 %, 0.75 % y 1.5 %) para mejorar su estabilidad. En el presente reporte se describen los métodos experimentales iniciales de la síntesis de un nuevo líquido iónico tetraburoborato de tetrabutil fosfonio (B4PBF4) y sus resultados obtenidos para la integración del LI dentro de la CSP. Integrando el aditivo B4PBF4 en la película activa perovskita en la solución precursora. EXPERIMENTAL Síntesis de yoduro de tetrabutil fosfonio (B4PI) La síntesis se llevó a cabo dentro de la caja de guantes debido a que el tributilfosfonio es muy reactivo. Se comenzó pesando en una botella ámbar 2.667 g de ioduro de butilo y 3.018 g de tributilfosfonio en una relación estequiométrica de 1:1. La mezcla se zonifico durante 6 horas, fuera de la cámara seca. Pasado dicho tiempo se obtuvo un sólido blanco, el cual se le dieron un periodo de Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 � �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. 10 lavados con éter de petróleo por 10 minutos cada lavado en vortex para su purificación. Síntesis del líquido iónico utilizando agua como disolvente Se comenzó pesando en un frasco ámbar 485 mg de KBF4 se disolvió en agua y posterior se añadió 500 mg de B4PI en, en una relación de 1:2 se disolvieron en 10 mL de agua. La reacción se precipitó por medio de sonificación durante 10 horas. El precipitado formado se filtró y se lavó con agua para descartar algún residuo de KI. El precipitado final se pasó al horno por unos minutos para evaporar el agua. Incorporación de B4PBF4 sintetizado en la película MAPbI3 Por el método de dos pasos se preparo una solución de PbI2 y MAI en proporción molar 1:1, con una concentración 1.25 M. Se disolvió primero el yoduro de plomo en una mezcla 4:1 en volumen de DMF y DMSO, la solución se agitó durante dos horas a 60° C antes de agregar la cantidad correspondiente de MAI y B4PBF4 a cada una de las soluciones, resumidas en la tabla I. Las películas se depositaron mediante spin coating 5000 rpm a 30 s utilizando clorobenceno como antisolvente a los seis segundos de iniciado el spin coating. Seguido de un tratamiento térmico durante 10 minutos a 100 °C. Tabla I. Diferentes composiciones utilizadas en las síntesis de soluciones derivadas de MAPbI3-B4PBF4. Pbl2 (mg) CH3NH3I (mg) B4PBF4 MAPbI3 Solución 289 mg 100 mg 0% MA99.75(B4PBF4)0.25Pbl3 289 mg 99.75 0.25 % MA99.25(B4PBF4)0.75Pbl3 289 mg 99.25 0.75 % MA98.5 (B4PBF4)1.5Pbl3 289 mg 98.5 1.5 % RESULTADOS Para determinar la obtención del LI-B 4PBF 4, se utilizó como técnica espectroscopia infrarroja (FTIR) y Resonancia magnética nuclear (RMN) de H1, P31, B11. En la figura 2a, donde se compararon los espectros de las bandas significativas de los compuestos de los materiales de partida, reflejados en el espectro azul de B4PBF4. En la figura 2b), se muestra el análisis de espectroscopia UV-Vis de las películas con la incorporación de B4PBF4, donde muestran los � Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. Fig 2. a) Espectros de LI-B4PBF4. Espectro azul B4PBF4, espectro rojo B4PI y espectro negro BF4; b) Espectros UV-Vis de película B4PBF4 diversos intervalos (0 %, 0.25 %, 0.75 % y 1.5 %). espectros de absorción en 750 nm. Las películas con B4PBF4 muestran un ligero desplazamiento en comparación del espectro de la película sin aditivo, según estudios previos de diversos autores como Zhang et al, Liao et al. Este ligero desplazamiento indica la presencia de una estructura 2D-3D en la película.14 -16 Esto se confirma más adelante con el análisis de la técnica de difracción de rayos X (XRD). En la figura 3a, muestra el análisis de H1 RMN del precursor B4PI y el líquido iónico B4PBF4 los resultados son muy similares debido a la similitud de sus grupos funcionales, sin embargo, algunas diferencias permiten establecer la obtención de B4PBF4. El espectro B4PI muestra espectros característicos de los protones asociados con las cadenas de alquilo δ = 0.96 a 2.54 ppm. En cambio, el espectro rojo cuando se incorpora el anión BF4, presenta desplazamientos en cada señal. El espectro P31 RMN, del precursor B4PI muestra una sola señal en δ = 32.7 ppm, este indica una transformación trifenilfosfina. Lo mismo sucede con el líquido iónico B4PBF4, a pesar de ello presenta un desplazamiento de δ = 32.7 a δ = 33.1 ppm. Esto se puede atribuir a la presencia del anión BF4. Mediante B 11 RMN del líquido iónico B4PBF4, se pudo comprobar la presencia de boro con hibridación sp3 presente en BF4 con una geometría tetraédrica, esto comparado con lo reportado en la literatura que reportan un desplazamiento químico en el rango de δ -1.0 ppm. 17 Los resultados más notables que se han obtenido por el momento en esta investigación, son la obtención de nuevas películas de perovskitas híbridas con B4PBF4, se han observado resultados prometedores de estabilidad frente a la humedad. El proceso de ingeniería de aditivo mejoro significativamente la calidad de las películas, el análisis por microscopia óptica (figura 4) muestra la superficie de las películas delgadas. Se puede examinar la formación de diferentes morfologías para los compuestos de películas sintetizadas (MAPbI3, MA99.75(B4PBF4)0.25PbI3, MA99.25(B4PBF4)0.75Pbl3 y MA98.5 (B4PBF4)1.5Pbl3). Las películas con aditivo 0.25 % y 0.75 % mostraron una mayor uniformidad en la morfología de las películas (figura 4b y 4c), esto podría ayudar al transporte de carga y una menor recombinación. Esto se confirma con estudios previos del grupo de trabajo de Sánchez et al., donde utilizan el yoduro de tetrabutil fosfonio (B4PI) obteniendo eficiencias del 15 %. 16 Por lo que en este trabajo se propone como catión orgánico en conjunto con el anión hidrófobo tetrafluoroborato (BF4) para la formación de un nuevo LI, como una alternativa para resolver los Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 � �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. Fig. 3. a) RMN H1 espectro verde B4PI, espectro rojo B4PBF4, b) RMN P31 espectro verde B4PI, espectro rojo B4PBF4 y c) RMN B11 de B4PBF4. Fig. 4. Micrografías (magnificación: 300X) de las películas de MAPbI3- B4PBF4 depositadas a partir de las soluciones precursoras procesadas en diferentes intervalos, a) MAPbI3, b) MA99.75(B4PBF4)0.25PbI3, c) MA99.25(B4PBF4)0.75PbI3 y d) MA98.5 (B4PBF4)1.5PbI3; e) monitoreo de la degradación de las películas MAPbI3- B4PBF4, expuestas a una humedad relativa (HR) controlada (35 %-40 %). problemas asociados a la estabilidad de las perovskitas a base de MAPbl3. Los LI hidrofóbicos a base de fosfonio muestran buenas propiedades para su aplicación en CSP, como es su estabilidad térmica, baja presión de vapor, amplio ensamblaje con anión-catión orgánicos e inorgánicos para la formación de LIs posibles. 18, 19, los cationes de fosfonio pueden interactuar con el plano cristalográfico de la perovskita terminando en la esquina que comporte octaedros de haluro metálico y forman estructura orgánico-inorgánico en capas. 11, 20, 21 En la figura 4e, se documentó la degradación de las películas expuestas a una humedad relativa (HR) � Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. Fig. 5. Resultados de las muestras de estabilidad mediante XRD, para las películas sintetizadas MAPbI3- B4PBF4; a) MAPbI3, b) MA99.75(B4PBF4)0.25PbI3, c) MA99.25(B4PBF4)0.75PbI3 y d) MA98.5(B4PBF4)1.5PbI3. controlada del 35 %-40%. Los resultados en cuanto a estabilidad al ambiente son para las películas con aditivo muestran una menor degradación hasta las 500 horas principalmente para MA98.5 (B4PBF4)1.5Pbl3., sin demostrar algún tipo de deterioro. Se podría decir que debido a la cadena del alquil y del anión hidrófobo, ha logrado mantener por periodos más largos la estabilidad, comparando con las películas de control. El análisis de XRD nos confirma la obtención de estructuras tipo perovskita, muestra el patrón MAPbI3 característico observado en 14.1 °, 20 °, 23.5 °, 24.5°, 28.5°, 31.9°, 40.6° y 43.2° que corresponden a los planos (1 1 0), (1 1 2), (2 1 1), (2 0 2), (2 2 0), (3 10), (2 2 4), (3 1 4), respectivamente. 22-25 Las nuevas perovskitas híbridas también se analizaron periódicamente mediante XRD, para examinar como afecta la humedad su estructura cristalina. Como características de la degradación del material se presenta picos asociados al Pbl2 y cationes de MA+. Los difractogramas exhiben la evolución de la degradación de cada película (figura 5). Al principio del análisis la presencia del pico característico Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 � �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. del Pbl2 (12.5°), no se observa. Con el paso del tiempo de exposición, el pico comienza aparecer, en la película de MAPbl3 sin aditivo comienza aparecer a las 162 horas, mientras que la película con el LI-B4PBF4, comienza a degradarse a tiempos más largos. Los resultados muestran que la incorporación del 1.5 % de LI-B4PBF4, mejoró la estabilidad de las películas MAPbI3- B4PBF4 en un mayor porcentaje. El mejoramiento de la estabilidad se podría deber a la interacción de los iones de fosforo, Pbl2 y el anión hidrofóbico BF4. En conjunto con la cadena de alquilo en las capas de MAPbl3 promueve la formación de una estructura en la superficie más homogénea (figura 6b, c y d). 16, 26 Además aparece un pico en las películas dopadas en un ángulo de 7.8 ° que puede asignarse a un plano (020) perteneciente a una estructura 2D. 27, 28 La aparición de dicha estructura también se confirmada por los análisis de UV-Vis, este pico se ve mayormente reflejado en las películas dopadas con el porcentaje de 1.5 % de aditivo, se podría significar que el LI- B4PBF4 se encuentra entre capas de MAPbl3 y actúa como una barrera para bloquear la degradación causada por la humedad en las películas. CONCLUSIONES Por medio de la síntesis de este nuevo aditivo B4PBF4 y su incorporación a las películas de MAPbl3, se logró documentar periódicamente su estabilidad a largo plazo. Se encontró que las películas dopadas en condiciones ambientales con HR presentan una estabilidad por tiempos mayores a 162 horas, que es donde se comenzó a degradar las películas no dopadas. Cabe destacar que el mejor porcentaje (1.5 %) de dopaje presento resultados prometedores ante la inestabilidad a las 500 horas, después de las cuales no se presentó ningún tipo de degradación. Sin embargo, se está trabajando en la aplicación fotovoltaica de este nuevo aditivo en las CSP, se espera obtener resultados ventajosos debido al cambio notable de morfología en la superficie de las películas que proporciona este LI, mejore el transporte de carga y disminuya la recombinación de los dispositivos. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a la Universidad Autónoma de Nuevo León, SENERCONACyT por apoyar financieramente esta investigación con el proyecto 256766 y proyecto CONACyTFC-2015-2-1252. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Kim JY, Lee JW, Jung HS, Shin H, Park NG. High-Efficiency Perovskite Solar Cells. Chem Rev. 2020;120(15):7867-7918. doi:10.1021/acs. chemrev.0c00107 2. Dieter W. CH3NH3PbX3, ein Pb(II)-System mit kubischer Perowskitstruktur /CH3NH3PbX3 a Pb (II) (-System with Cubic Perovskite Structure. Zeitschrift für Naturforsch B. 1978;33(12):1443-1445. https://www.degruyter.com/view/ journals/znb/33/12/article-p1443.xml 3. Mitzi DB, Wang S, Feild CA, Chess CA, Guloy AM. Conducting layered organic-inorganic halides containing ‹110›-oriented perovskite sheets. Science (80- ). 1995;267(5203):1473-1476. doi:10.1126/science.267.5203.1473 10 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. 4. Son DY, Kim SG, Seo JY, et al. Universal Approach toward HysteresisFree Perovskite Solar Cell via Defect Engineering. J Am Chem Soc. 2018;140(4):1358-1364. doi:10.1021/jacs.7b10430 5. Zhang M, Bing J, Cho Y, et al. Synergistic effect of potassium and iodine from potassium triiodide complex additive on gas-quenched perovskite solar cells. Nano Energy. 2019;63. doi:10.1016/j.nanoen.2019.06.049 6. Yang J, Chen S, Xu J, et al. A review on improving the quality of Perovskite Films in Perovskite Solar Cells via the weak forces induced by additives. Appl Sci. 2019;9(20). doi:10.3390/app9204393 7. Shahiduzzaman M, Yamamoto K, Furumoto Y, Kuwabara T, Takahashi K, Taima T. Ionic liquid-assisted growth of methylammonium lead iodide spherical nanoparticles by a simple spin-coating method and photovoltaic properties of perovskite solar cells. RSC Adv. 2015;5(95):77495-77500. doi:10.1039/c5ra08102e 8. Deng X, Xie L, Wang S, et al. Ionic liquids engineering for high-efficiency and stable perovskite solar cells. Chem Eng J. 2020;398:125594. doi:10.1016/ j.cej.2020.125594 9. Du J, Wang Y, Zhang Y, et al. Ionic Liquid-Assisted Improvements in the Thermal Stability of CH3NH3PbI3 Perovskite Photovoltaics. Phys Status Solidi - Rapid Res Lett. 2018;12(8):1-6. doi:10.1002/pssr.201800130 10. Hu Z, Zheng N, Dong S, et al. Phosphonium conjugated polyelectrolytes as interface materials for efficient polymer solar cells. Org Electron. 2018;57:151157. doi:10.1016/j.orgel.2018.03.006 11. Sun C, Xue Q, Hu Z, et al. Phosphonium Halides as Both Processing Additives and Interfacial Modifiers for High Performance Planar-Heterojunction Perovskite Solar Cells. Small. 2015;11(27):3344-3350. doi:10.1002/ smll.201403344 12. Zhang F, Zhu K. Additive Engineering for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells. Adv Energy Mater. 2020;10(13):1-26. doi:10.1002/aenm.201902579 13. Wu Q, Zhou W, Liu Q, et al. Solution-Processable Ionic Liquid as an Independent or Modifying Electron Transport Layer for High-Efficiency Perovskite Solar Cells. ACS Appl Mater Interfaces. 2016;8(50):34464-34473. doi:10.1021/acsami.6b12683 14. Zhang W, Lei X, Liu J, et al. Efficient Charge Collection Promoted by Interface Passivation Using Amino Acid Toward High Performance Perovskite Solar Cells. Phys Status Solidi - Rapid Res Lett. 2019;13(2):1-6. doi:10.1002/ pssr.201800505 15. Liao Y, Liu H, Zhou W, et al. Highly Oriented Low-Dimensional Tin Halide Perovskites with Enhanced Stability and Photovoltaic Performance. J Am Chem Soc. 2017;139(19):6693-6699. doi:10.1021/jacs.7b01815 16. Gonzalez-Juarez E, Valadez-Villalobos K, Garcia-Gutierrez DF, GarciaGutierrez DI, Roa AE, Sanchez E. Study on photovoltaic stability and performance by incorporating tetrabutyl phosphonium iodide into the active layer of a perovskite type photovoltaic cell. RSC Adv. 2020;10(52):3157531585. doi:10.1039/d0ra04630b Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 11 �Ingenierías de aditivos en celdas solares tipo perovskita / Ana Itzel Santiago Mustafat, et al. 17. Saihara K, Yoshimura Y, Fujimoto H, Shimizu A. Detrimental effect of glass sample tubes on investigations of BF4--based room temperature ionic liquid-water mixtures. J Mol Liq. 2016;219:493-496. doi:10.1016/ j.molliq.2016.03.036 18. Ullah Z, Azmi Bustam M, Man Z, Khan AS. Phosphonium-based ionic liquids and their application in separation of dye from aqueous solution. ARPN J Eng Appl Sci. 2016;11(3):1653-1659. 19. Mostafa MF, Atallah AS, Elessawi M. Preparation and characterization of a new series of perovskite-like structures showing evidence of structural transitions: (Methyltriphenylphosphonium)2 BX4, B = Mn, Co, Cu, and Hg, and X = Cl/I. Phase Transitions. 1998;64(4):215-227. doi:10.1080/0141159 9808208000 20. Kagan CR, Mitzi DB, Dimitrakopoulos CD. Organic-inorganic hybrid materials as semiconducting channels in thin- film field-effect transistors. Science (80-). 1999;286(5441):945-947. doi:10.1126/science.286.5441.945 21. Chondroudis K, Mitzi DB. Electroluminescence from an organic-inorganic perovskite incorporating a quaterthiophene dye within lead halide perovskite layers. Chem Mater. 1999;11(11):3028-3030. doi:10.1021/cm990561t 22. Wang C, Zhang C, Huang Y, et al. Degradation behavior of planar heterojunction CH3NH3PbI3 perovskite solar cells. Synth Met. 2017;227:4351. doi:10.1016/j.synthmet.2017.02.022 23. Xia Z, Chai G, Wang Y, Zhou H. Uniform perovskite photovoltaic thin films via ultrasonic spray assisted deposition method. 2015 IEEE 42nd Photovolt Spec Conf PVSC 2015. Published online 2015:1-4. doi:10.1109/ PVSC.2015.7355719 24. Chen LC, Weng CY. Optoelectronic Properties of MAPbI3 Perovskite/ Titanium Dioxide Heterostructures on Porous Silicon Substrates for Cyan Sensor Applications. Nanoscale Res Lett. 2015;10(1):3-7. doi:10.1186/ s11671-015-1114-x 25. Rajendra Kumar G, Dennyson Savariraj A, Karthick SN, et al. Phase transition kinetics and surface binding states of methylammonium lead iodide perovskite. Phys Chem Chem Phys. 2016;18(10):7284-7292. doi:10.1039/c5cp06232b 26. Jin S, Wei Y, Rong B, et al. Improving perovskite solar cells photovoltaic performance using tetrabutylammonium salt as additive. J Power Sources. 2020;450(December 2019):227623. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.227623 27. Wei Y, Chu H, Tian Y, et al. Reverse-Graded 2D Ruddlesden–Popper Perovskites for Efficient Air-Stable Solar Cells. Adv Energy Mater. 2019;9(21):1-9. doi:10.1002/aenm.201900612 28. Mao L, Ke W, Pedesseau L, et al. Hybrid Dion-Jacobson 2D Lead Iodide Perovskites. J Am Chem Soc. 2018;140(10):3775-3783. doi:10.1021/ jacs.8b00542 12 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addition of isocyanate and amine groups to urethane bond Pedro Edmundo Martín-VárguezB, Virgilio Ángel GonzálezGonzálezA,B, Marco Antonio Garza-NavarroA,B, Alejandro TorresCastroA,B Universidad Autónoma de Nuevo León A Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, B Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología, RESUMEN Se sintetizaron seis precursores fluorinados a partir del polímero comercial Fluorolink E10-H, 3-isocianatopropil etoxisilano y 3-aminopropil metoxisilano. Estos fueron depositados mediante spin-coating sobre sustratos de vidrio, seguido de un recocido a 150 ºC para finalmente obtener los recubrimientos hidrofóbicos. La estructura química fue determinada mediante espectroscopía de infrarojo. La hidrofobicidad fue medida a partir de la medición del ángulo de contacto, cuyos valores se encontraron entre 70 y 93º. La hidrofobicidad aumentó con el número de grupos silano hasta un cierto límite antes de perderla. El precursor P111 obtuvo las mejores propiedades (estabilidad térmica debajo de 283.5 ºC y ángulo de contacto de 93º) de este trabajo. PALABRAS CLAVE Síntesis, fluronados, spin-coating, uretano. ABSTRACT Six fluorinated precursors were synthesized from commercial polymer Fluorolink E10-H, 3-isocyanatepropyl ethoxysilane and 3-aminepropyl methoxysilane. The precursors were spin-coated on glass substrates and annealed at 150 °C for 2 h to obtain hydrophobic coatings. Chemical structure of was determined by infrared spectroscopy. Hydrophobicity was measured from drop contact angle, ranging between 70 and 93º. Hydrophobicity increased with the number of silane groups until a certain limit before losing it. Precursor P111 has the better properties (thermal stability 283.5 °C, contact angle 93°) within our work. KEYWORDS Synthesis, fluorinated, spin-coating, urethane. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 13 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. INTRODUCTION Coatings are used to modify the inherent properties of a surface acting as a physical barrier against their environment. In recent years, interesting applications have appeared for hydrophobic coatings in self-cleaning glasses, which are mainly composed of a hydrophobic layer able to roll off water, for example in solar panels, green houses, photovoltaic devices, heat transfer surfaces for conditioning air, resistant corrosion coatings. 1-4 Also, they could act as a matrix of other components which could give additional characteristics, going further than just for hydrophobic coating, such as in coating against microbial attack, 5 in self-cleaning cloths 6 or in proton exchange membrane cells. 7 By definition, a hydrophobic coating must have a contact angle above of 90°. Hydrophobicity rely on wettabilty of the surface, 8 depending mainly on the interactions of the liquid with the solid surface and another surrounding fluid, usually the air. Its nature is divided into two components: a physical part, related on the topology of surface (roughness), and chemical part, related to the energy necessary to form a new surface between the liquid-solid interface (surface energy). The molecules used in hydrophobic applications are composed of two parts: an organic side being hydrophobic, such as alkanes chains, 9 and an inorganic side having a siloxane/silane chain which could be attached to the glass. 10 To enhance the hydrophobicity of the organic side, it should have a low surface energy to minimize close range interactions, letting Lifshitz-van der Waals interactions to act; 11, 12 specially whether it possess a high polarizability. 13 For this reason, fluoridated materials were first developed because of the high electronegativity of fluorine atom, which difficults the polarization of the molecule, resulting in a low intermolecular force and thus, a low surface energy. Moreover, C–F bond has a good thermal and chemical stability. 14, 15 Although nowadays flourinated compounds are being avoided, they are still a good option whether there is the appropriate care of their wastes. The organic and inorganic sides of the hydrophobic molecule are attached together by a chemically and thermally stable bond, such as the urethane bond. Even though the actual trend is to find alternative synthetic routes to avoid toxic isocyanates in concordance with green chemistry, 16, 17 urethane bond offers possibility of further functionalization, which can be exploited to synthesize other carbamate derivates incorporating additional silane groups, which could improve hydrophobicity by forcing the fluorinate side to be outwards. 17 Urethane bond reacts with hydroxyles, carboxylic acids, anhydrides, epoxydes or even with other isocyanates, but it shows more affinity with amines. 18–20 There are several studies probing this assumption; for example, anhydrides, 21 epoxydes, 17 have been introduced to the same molecule and contact angles above of 105° were obtained. In this work, we report the synthesis of derivative carbamates from urethane bond by addition of functionalized amine and isocyanate silane groups in order to improve the hydrophobic properties of a commercial fluorinated polymer. In this way, reactivity of isocyanate group may be exploited, mainly because isocyanate can still react with urethane bond to form more complex carbamates. 14 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. METHODOLOGY Reactants Fluorolink® E-10 H (FOH), purchased from Solvay Solexis, is a commercial fluoridated polymer difunctionalized with alcohol with 57% F and a molecular mass of 1700 uma. 3-isocyanate propyl triethoxysilane (IPTES) and 3-amine propyl trimethoxysilane (APTMS) were used as silanes. As catalyst, a mixture of hexamethylenetetramine (HTMA) and CuCl2·2H2O in a stoichiometric ratio 1:2 were used. Chloroform, tetrahydrofurane were used as solvents, and HCl (37% purity), HNO3 (69.4% purity) and NaOH (97% purity) for the washing process. All reactants were purchased from Sigma-Aldrich®. Synthesis of hydrophobic precursors In a 125 mL balloon flask stirred with magnetic agitation, 10 mL of chloroform as solvent and 30 mg of a mixture of HTMA:Cu as catalyst were added; 4.7 mmol of FOH and the stoichiometric quantities of IPTES and/or APTMS and reaction times as signaled in table 1 were used to synthesize hydrophobic precursors. For products P111 and P112, P11 product was first formed and then 9.4 and 18.8 mmol respectively of APTMS were added. Likewise, the products P121 and P12 were first formed and then 9.4 mmol of APTMS were added. Reaction temperature was set at 80 ºC in all cases. The products were kept in 5 mL of chloroform until use to avoid their reaction with environmental air. Excess of solved was removed in a rotary evaporator. Table I. Stoichiometric ratios of reactants used for the fabrication of fluorinaded precursors. Product F (mmol) I (mmol) A (mmol) P11 P12 Time (min) 4.7 9.4 - 60 4.7 18.8 - 135 P13 4.7 28.2 - 130 P111 4.7 9.4 9.4 80 P112 4.7 9.4 18.8 80 P121 4.7 18.8 9.4 80 Coating synthesis Corning-glass of 2.5 × 2.5 cm were used as substrates. They were washed with soap and water to remove any dust on their surface. After, they were sonicated 30 min, first in a CH3OH/HCl 1:1 solution and then in concentrated H2SO4, rinsing with distillate water between each step, according to the methodology reported by Cras et al. 6 Substrates were kept in the washing generated distillate water at pH 1-2 prior use. To deposit the coatings on glass, a mother solution was made from 250 mg of each precursor redisolved in 4 mL of chloroform, forming seven solutions of 62.5, 31.3, 7.81, 3. 91, 0.978, 0.488 and 0.122 g·mL–1. Then, for each product 200 µL of each concentration were spin coated in cycles of 1000 rpm for 10 s followed of 2500 rpm for 40 s. Coatings were annealed at 150 °C for 2 h in a convection oven. Coatings were made by triplicate. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 15 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. Characterization IR spectra were recorded in a Thermo Scientific Nicolet 6700 by pipetting a small drop of precursors on KBr pellets. Thermal stability was measured in a thermogravimetric analysis equip Shimadzu A-50, from room temperature to 500 °C at a rate of 10 °C·min–1. Thickness of selected coatings were measured in a FEG scanning electron microscope FEI Novananosem 200; substrates’ conductivity was increased with a thin gold film in an Au/graphite evaporator Quorum Q150R-ES to facilitate their SEM analysis. Contact angle measurements were made with 20 µL of distillate water from three photos on three different spots on the surface of glass to have a mean value. RESULTS AND DISCUSSIONS The reactions were monitored as IR signal at 1720 cm–1, corresponding to asymmetric stretching of carbonyl of urethane, present in all products, appears despite of signal at 2270 cm–1, related to out plane stretching of isocyanate group. IR spectra of FOH, IPTES and APTMS are observed in figure 1 and their respective assignations are shown in table II. In figure 2, their color solutions in chloroform are observed. Fig. 1. IR spectra of reactants employed. Fig. 2. Acetonitrile solutions of synthesized products. 16 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. Table II. Signal assignations of IR spectra of reactants. Reactant Observed signal (cm–1) Assignation IPTES 802, 1107 vs Si–O–CH2CH3 875 v Si–C 952 v out plane C–O–C 1167 vas Si–O–CH2CH3 2273 v out face NCN 2888 – 2978 vs –CH3 820 – 1088 vs Si–O–CH3 862 v Si–C 1193 vas Si–O–CH3 1323 v C–N 1475 δ – NH2 1581 δ – NH2 2843 vs C – H 2943 vs C – H 3302, 3363 vs –NH2 692 CF2 1005 – 1349 v C – F, C–O–C 2775 – 3018 v CH 3107 – 3633 vs OH APTMS FOH In order to find the minimal quantity of the mixture of HTMA:Cu as catalyst, P12 was chosen because the product P11 was already easily synthesized by other methods reported in literature, for example with dibutyltin dilaurate (DBTL). 17, 22 For P12, reaction time as a function of HTMA:Cu added is shown in figure 3. After 0.7% m/m of catalyst added there is no significant difference between reaction time and catalyst quantity added. Individual optimization for other products was not done because; thus, for all products 30 mg of HTMA:Cu mixture as catalyst were stated for each 4 g of FOH used in reaction. Fig. 3. Kinetics reaction of P12. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 17 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. IR spectra of products P11, P12 and P13 synthesized are shown in figure 4. All spectra are normalized to asymmetrical stretching of C-O-C at 958.5 cm–1 from ether bonds of polymer, which should be present in all products. Urethane bond in product P11 is clearly formed as suggested by signals of the scissoring of –NH at 3348 cm–1 and the asymmetrical stretching of carbonyl at 1722 cm–1, which are characteristics of urethane bond. 23–25 IR spectra of products P12 and P13 are very similar compared with product P11, which means that they have a similar chemical structure. Signal at 3348 cm–1 increase almost linearly as number of siloxanes are increased too, which is related to number of –NH present in the polymeric chain. Signal at 1644 cm–1 is due to intermolecular interaction of H and O of carbonyl,26 whose presence is already in product P11 but its intensity grows up in P12 and P13. We believe that intensity at this wavenumber augments because the interatomic distance between O and H is reduced as much as more silane groups are in each side of molecule, increasing steric impediment causing that H was displaced to O. Assignation of main signals of products P11, P12 and P13 are shown in table III. Fig. 4. IR spectra of products P11, P12 and P13. Table III. IR Signal assignations of products P11, P12 and P13. Signal (cm–1) Assignation 3348 δ –NH 2974, 2936, 2884 vas –CH 1722 vas –C=O 1644 H coupling 1530 vas –NH (urethane) 1441 Stretching –CH2, –CH3 1383 Stretching –CH3 1200 Fluorine 958.5 vas C–O–C 18 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. In figure 5 IR spectra of products P111, P112 and P121 are shown, as well as their signal assignations in table IV. Around 2834 – 2968 cm–1, in region corresponding to alkyl, signal has become a quartet due to the inclusion of – CH3 from APTMS instead of a –CH2CH3 into the chain. Although it can be though that all product are the same as in the another products because their signals are very close to them, there are some differences like there is also a shoulder around 3500 cm–1 in signals of amines, and a shift of 5 cm–1 of asymmetrical stretching of –C=O and a left stretching of asymmetrical stretching of –NH which let us conclude that we have synthesized new derivatives. During synthesis, for products P111, P112 and P121 a characteristic blue copper-ammonium-like coloration has appeared, which disappears as reaction reaches the end until the orange-like coloration observed in figure 2. This shift to longer wavelengths can suggest an electron delocalization due to the presence of more conjugated bonds into the structures. Fig. 5. IR spectra of products P111, P112 and P121. Table IV. Signal assignations of products P111, P112 and P121. Signal (cm–1) Assignation 3357 δ –NH 2968, 2921, 2879, 2834 vas –CH 1717 vas –C=O 1645 H coupling 1544 vas –NH (urethane) 1441 stretching –CH2, –CH3 1383 stretching –CH3 1200 flourine 958.5 vas C–O–C Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 19 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. The contact angle as a function of concentration of each polymer is represented in figure 6. Although the macroscopic shape that the drop can acquire depends on frontier conditions of the physical model describing the behavior of the liquid-vapor interface, there are several mathematical simplifications which help to calculate the contact angle. One simple way is to suppose that the drop contour is described by the equation of a circumference. This assumption can be done whether Bond number is less than 1.27 Therefore, surface tension is more important than gravity component. For water, this is reached whether drop volume is less than 85 µL, 27 although ASTM D7334-08 norm recommend use less than 20 µL. As sketched in figure 6, the drop contour was calculated by mean radius Rm and high hz 28 by, (eq. 1) Fig. 6. Contour of a drop approximated as a circle. There are further approaches which take in count many another factors, but they were neglected in this work. 29–32 Thus, contact angle was approximated measuring high hz and width Rm of the drop, supposing that drop’s contour behaves like a circle pathway as in figure 6, thus contact angle θ is found by solving equation 2 at the point (r, h) = (0, hz), (eq. 2) Traditionally, hydrophobic coatings are added by sol-gel between silanes and silicates on glass; but in this work we attempted to do it in a faster way, for this reason the only treatment allowing their adherence on glass is the acid wash prior coating. It is expected that as more silane groups are added into the molecule, higher is the contact angle because it is easier to be attached to glass,17 as observed in figure 7. This phenomenon is observed clearly in products P11, P12 and P13 where they exhibit a higher contact angle as polymer concentration increases, whose addition can go further the monolayer. However, increasing silane number has also its limitations, specially whether these groups are close 20 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. into the same molecule. This result in a steric impediment diminishing this phenomenon because there is a disorder in the arrangement of the molecules on the substrate, letting some hydrophilic sides of the molecule be outside to air, decreasing hydrophobicity. It is interesting to notice that in products P111, P112 and P121 at low concentrations the higher contact angles are obtained. This could be related to silane groups which are so close within the molecule, thus, once the monolayer is formed further addition is not easily attached to the surface, due to the diminishing of free “spaces” on it. Even, when more material is added in excess this results in a chaotic coating because many molecules achieve to fill in all the space on glass surface, and therefore there are hydrophilic sides which are outside, reducing hydrophobicity. In fact, at high concentrations, a visually poor-quality coatings were observed. In figure 8, thermograms of synthesized products are plotted as well as thermal decomposition temperatures are reported in table V. In this figure is also plotted product P11WC, which is like product P11 catalyzed just with temperature at 125 °C for 3 h. Thermal stability of all products ranges 260 – 270 °C, except for product P11 which is lower and product P111 which is higher. This is a consequence of the bonding strength within the molecules. Several silane-based functionalized polymers are reported which decompose around 300 – 380 °C, 3, 33 and full fluorine-functionalized polymers around 340 – 390 °C.34,35 Considering that urethanes usually decomposes around 180 – 200 °C 36 and we have worked with low fluorine polymers (57%), the results are sufficiently satisfactory, specially for product P111. Fig. 7. Contact angles of coatings at several concentrations. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 21 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. Fig. 8. Thermograms of synthesized products. Low thermal stability of product P11WC is explained due to the high synthesis temperature used compared with other ones, where less stable and volatile subproduct should be formed. This product undergo decomposition in whole range of analysis. Temperature accelerates reaction rate in urethanes, but it also accelerates other side reactions or even equilibrium can be displaced to reactants. 19, 22, 37 Coloration of product P11WC is darker than P11, which are an indicative that their composition is different. Table V. Thermal stability temperatures of the synthesized products. Product P11 P12 P13 P111 P112 P121 P11WC T (°C) 268.93 277.70 261.40 283.50 268.18 271.43 228.06 Fig. 9. Thermogram of product P111. 22 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. When molecule increases its kinetic energy by effect of temperature, its motion is more restricted whether there is a steric impediment, making unstable bonds which are around them.38 Based on this, chemical structures of products P12, P13, P111, P112 and P121 should be structurally similar in some way to product P11 due that there is not a temperature difference greater than 10 °C. Given the thermal stability and contact angle, of synthesized products, P111 has the promising hydrophobic characteristics. In figure 9 is observed a more detailed plot. Five mass loss are observed. Considering also the other products, as molecule has more silane groups, the thermogram becomes more complex because there are less decomposition steps. This could be because steric impediment stress chemical bonds forcing disintegration at a same time. We expect that whether we use a lower concentration of polymer, we will have a lower thickness too. In figure 10 the thickness of product P111 are shown in the SEM images. the thickness of coatings of product P111 (in µm) are observed. We verify that as polymer concentration is decreased the thickness also decrease. As we stated in figure 7, contact angle is reached to lower concentrations, it means that a higher contact angle will be reached whether we are closer to form a hydrophobic monolayer on the glass surface. Fig. 10. Thickness of product P111 at several polymer concentrations (values in µm). Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 23 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. CONCLUSION The synthesis of carbamates derivatives was possible profiting reactivity of urethane bond, specially because it is a simple way to increase hydrophobicity parting from a same structure without the utilization of another reactants. When silane number within the molecule is increased, hydrophobicity was improved due that the molecule has more groups which let be attached on the glass surface. Thus, molecule adopt a more rigid structure orientating hydrophobic fluorine outside. With the inclusion to the urethane bond of just one silane group is enough to improve hydrophobicity. However, when there are so many groups around the same bond, this results in a great steric impediment where silane groups locally compete for the same sites, resulting in a chaotic deposition. As reflected in their thermal temperature decomposition, we speculate that product structures should be similar. ACKNOWLEDGMENTS We acknowledge the financial support from CONACyT trough research Grant 133103 and The Universidad Autónoma de Nuevo León (CIIDIT). REFERENCES 1. B.J. Basu, V. Hariprakash, S.T. Aruna, R. V Lakshmi, J. Manasa, B.S. Shruthi, Effect of microstructure and surface roughness on the wettability of superhydrophobic sol–gel nanocomposite coatings, J. Sol-Gel Sci. Technol. 56 (2010) 278–286. 2. M. Ma, R.M. Hill, Superhydrophobic surfaces, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 11 (2006) 193–202. 3. V.G. Parale, D.B. Mahadik, M.S. Kavale, S.A. Mahadik, A.V. Rao, S. Mullens, Sol–gel preparation of PTMS modified hydrophobic and transparent silica coatings, J. Porous Mater. 20 (2013) 733–739. 4. N. Valipour M., F.C. Birjandi, J. Salgolzaei, Super-non-wettable surfaces: A review, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 448 (2014) 93–106. 5. M. Nosonovsky, B. Bhushan, Superhydrophobic surfaces and emerging applications: Non-adhesion, energy, green engineering, Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 14 (2009) 270–280. 6. J.. Cras, C.. Rowe-Taitt, D.. Nivens, F.. Ligler, Comparison of chemical cleaning methods of glass in preparation for silanization, Biosens. Bioelectron. 14 (1999) 683–688. 7. P. Innocenzi, M.O. Abdirashid, M. Guglielmi, Structure and properties of sol-gel coatings from methyltriethoxysilane and tetraethoxysilane, J. Sol-Gel Sci. Technol. 3 (1994) 47–55. 8. G. Kumar, K.N. Prabhu, Review of non-reactive and reactive wetting of liquids on surfaces., Adv. Colloid Interface Sci. 133 (2007) 61–89. 9. V.V. Ganbavle, U.K.H. Bangi, S.S. Latthe, S.A. Mahadik, A.V. Rao, Selfcleaning silica coatings on glass by single step sol–gel route, Surf. Coatings Technol. 205 (2011) 5338–5344. 24 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. 10. J.W. Krumpfer, T.J. McCarthy, Rediscovering silicones: “unreactive” silicones react with inorganic surfaces., Langmuir. 27 (2011) 11514–9. 11. C.. van Oss, R.. Good, M.. Chaudhury, The role of van der Waals forces and hydrogen bonds in “hydrophobic interactions” between biopolymers and low energy surfaces, J. Colloid Interface Sci. 111 (1986) 378–390. 12. C.J. van Oss, Long-range and short-range mechanisms of hydrophobic attraction and hydrophilic repulsion in specific and aspecific interactions., J. Mol. Recognit. 16 (2003) 177–90. doi:10.1002/jmr.618. 13. D.G. Castner, D.W. Grainger, Fluorinated Surfaces, Coatings, and Films, Primera, American Chemical Society, Washington, DC, 2001. 14. M.G. Dhara, S. Benerjee, Fluorinated high-performance polymers: Poly(arylene ether)s and aromatic polyimides containing trifluoromethyl groups, Prog. Polym. Sci. 35 (2010) 1022–1077. 15. V.C. Malshe, N.S. Sangaj, Fluorinated acrylic copolymers: Part I: Study of clear coatings, Prog. Org. Coatings. 53 (2005) 207–211. 16. N. Kiraz, E. Burunkaya, Ö. Kesmez, M. Asiltürk, H. Erdem Çamurlu, E. Arpaç, Sol–gel synthesis of 3-(triethoxysilyl)propylsuccinicanhydride containing fluorinated silane for hydrophobic surface applications, J. Sol-Gel Sci. Technol. 56 (2010) 157–166. 17. E. Burunkaya, N. Kiraz, Ö. Kesmez, M. Asilturk, H. Erdem Çamurlu, E. Arpaç, Sol–gel synthesis of IPTES and D10H consisting fluorinated silane system for hydrophobic applications, J. Sol-Gel Sci. Technol. 56 (2010) 99–106. 18. J. Kozakiewicz, J. Przybylski, K. Sylwestrzak, I. Ofat, New family of functionalized crosslinkers for heat-curable polyurethane systems—A preliminary study, Prog. Org. Coatings. 72 (2011) 120–130. 19. Q.-W. Lu, T.R. Hoye, C.W. Macosko, Reactivity of Common Functional Groups with Urethanes: Models for Reactive Compatibilization of Thermoplastic Polyurethane Blends, J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 40 (2002) 2310–2328. 20. K. Schwetlick, R. Noack, Kinetics and catalysis of consecutive isocyanates reactions. Formation of carbamates, allophanates and isocyanurates, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. (1995) 395–402. 21. R. Blossey, Self-cleaning surfaces--virtual realities., Nat. Mater. 2 (2003) 301–6. 22. E. Delebecq, J.-P. Pascault, B. Boutevin, F. Ganachaud, On the Versatility of Urethane/Urea Bonds: Reversibility, Blocked Isocyanate, and Non-isocyanate Polyurethane, Chem. Rev. 113 (2013) 80–118. 23. F. Ferrero, M. Periolatto, Application of fluorinated compounds to cotton fabrics via sol–gel, Appl. Surf. Sci. 275 (2013) 201–207. 24. A.G. Kannan, N.R. Choudhury, N. Dutta, Fluoro-silsesquioxane-urethane hybrid for thin film applications., ACS Appl. Mater. Interfaces. 1 (2009) 336–47. 25. N. Stobie, B. Duffy, J. Colreavy, P. McHale, S.J. Hinder, D.E. McCormack, Dual-action hygienic coatings: Benefits of hydrophobicity and silver ion Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 25 �Synthesis of hydrophobic fluorinated coating by further addiyion of isocyanate... / Martín-Várguez, et al. release for protection of environmental and clinical surfaces, J. Colloid Interface Sci. 345 (2010) 286–292. 26. M.M. Coleman, D.J. Skrovanek, J. Hu, P.C. Painter, Hydrogen bonding in polymer blends. 1. FTIR studies of urethane-ether blends, Macromolecules. 21 (1988) 59–65. 27. P. Dimitrakopoulos, Gravitational effects on the deformation of a droplet adhering to a horizontal solid surface in shear flow, Phys. Fluids. 19 (2007) 122105. 28. H. Hu, R.G. Larson, Evaporation of a Sessile Droplet on a Substrate, J. Phys. Chem. B. 106 (2002) 1334–1344. 29. E.L. Decker, B. Frank, Y. Suo, S. Garoff, Physics of contact angle measurement, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 156 (1999) 177–189. 30. D.. Kwok, A.. Neumann, Contact angle interpretation in terms of solid surface tension, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 161 (2000) 31–48. 31. M. Miwa, A. Nakajima, A. Fujishima, K. Hashimoto, T. Watanabe, Effects of the surface roughness on sliding angles of water droplets on superhydrophobic surfaces, Langmuir. 16 (2000) 5754–5760. 32. R. Tadmor, Line energy and the relation between advancing, receding, and young contact angles., Langmuir. 20 (2004) 7659–64. 33. S.-Y. Moon, J.-S. Bae, E. Jeon, J.-W. Park, Organic Sol-Gel Synthesis: Solution-Processable Microporous Organic Networks, Angew. Chemie. 122 (2010) 9694–9698. 34. A. Cunha, C.S.R. Freire, A.J.D. Silvestre, C.P. Neto, A. Gandini, E. Orblin, et al., Highly Hydrophobic Biopolymers Prepared by the Surface Pentafluorobenzoylation of Cellulose Substrates, Biomacromolecules. 8 (2007) 1347–1352. 35. H.-D. Hwang, H.-J. Kim, UV-curable low surface energy fluorinated polycarbonate-based polyurethane dispersion, J. Colloid Interface Sci. 362 (2011) 274–284. 36. M.A. Semsarzadeh, A.H. Navarchian, Effects of NCO/OH ratio and catalyst concentration on structure, thermal stability, and crosslink density of poly(urethane-isocyanurate), J. Appl. Polym. Sci. 90 (2003) 963–972. 37. P.I. Kordomenos, J.E. Kresta, Thermal stability of isocyanate-based polymers. 1. Kinetics of the thermal dissociation of urethane, oxazolidone, and isocyanurate groups, Macromolecules. 14 (1981) 1434–1437. 38. X. Qiang, X. Ma, Z. Li, X. Hou, Synthesis of star-shaped polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) fluorinated acrylates for hydrophobic honeycomb porous film application, Colloid Polym. Sci. 292 (2014) 1531–1544. 26 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Judit AngsterA, Péter RuczB, András MiklósA Fraunhofer Institute for Building Physics IBP Budapest University of Technology and Economics judit.angster@ibp.fraunhofer.de A B Traducción al español con la colaboración de Leonardo Treviño Arrambide y Daniela Alejandra Gutiérrez Dimas. “Acoustics of organ pipes and future trends in the research. Vol. 13, Issue 1, 2017.” https://acousticstoday.org/acoustics-organ-pipes-judit-angster/ Reproduced with permission from Acoustics Today (www.acousticstoday.org). Copyright 2017, Acoustical Society of America. Acústica de los órganos de tubulares y tendencias futuras en la investigación RESUMEN En este trabajo se presentan explicaciones científicas para tener un mejor entendimiento de cómo funcionan los órganos tubulares y revisar algunas creencias comunes en su construcción, buscando mejorar este arte. PALABRAS CLAVE Órganos tubulares, acústica de los órganos de tubo. ABSTRACT Scientific explanations for having a better understanding of the operation of pipe organs, and revision of some common beliefs regarding their building, seeking to improve this art, are presented in this work. KEYWORDS Organ pipes, acoustics of the organ pipes. Introducción El órgano tubular (en adelante órgano) produce un sonido majestuoso que difiere de los otros instrumentos musicales. Debido a su amplia gama tonal, su capacidad de imitar el sonido de varios instrumentos, y su gran tamaño, el órgano es llamado a menudo el rey de los instrumentos musicales (figura 1). La riqueza y variedad del color sonoro (timbre) producido por un órgano es muy singular debido a las posibilidades casi incontables para mezclar los sonidos de diferentes tubos. De acuerdo con el arte de la generación de sonido, hay dos tipos de tubos en el órgano que son similares en función a otros instrumentos de viento: flauta (labial) y de lengüeta. Aunque este artículo se centra en la excitación sonora por los tubos, se menciona brevemente el papel de los tubos de lengüeta (figura 2). El artículo también muestra cómo se puede entender la conexión entre el carácter sonoro y la forma y dimensiones de los tubos, así como las tendencias en la investigación que se centran en ayudar a los constructores de órganos en su trabajo práctico. Estructura del órgano TUBULAR La figura 3 muestra un bosquejo de un órgano de tubos. Sus partes principales son el cofre de viento con los tubos, el sistema de viento y el sistema de control (teclado, conexiones mecánicas y topes; figura 2). Los tubos se organizan en la Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 27 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Fig. 1. a: Órgano de investigación en el Fraunhofer Institute of Building Physics IBP en Stuttgart, Alemania, construido por Mühleisen (Leonberg, Alemania) en 2011. Los pedales se pueden ver bajo el banco. Foto de Roman Wack. b: Órgano de tubos en el Stiftskirche en Stuttgart, Alemania, construido por Mühleisen (Leonberg, Alemania) en 2004. Los tubos frontales se pueden ver claramente. Foto de Theo Holder. Fig. 2. Las partes de la caña (lingual; a) y un pasaje (labial; b) de un órgano de tubos. Como se muestra en b, el corte es la distancia entre el labio inferior y superior. caja del viento según la nota y el timbre. Un conjunto de tubos que producen el mismo timbre para cada nota se llama un rango y cada tecla en un órgano de tubo controla una nota que puede ser tocada por diferentes rangos de tubos, solo o en combinación (ver http://acousticstoday.org/organ_stop; para una demostración, véase http://acousticstoday.org/rank). Los rangos pueden ser activados por un tope. El deslizador (figura 3) consiste en una tabla de madera que tiene una serie de agujeros que se hacen coincidir con los tubos colocados en una fila. Al activar uno de los topes, los agujeros de la placa deslizante dejan pasar el flujo de aire desde el canal de tono en los tubos que tienen el mismo timbre. Todos los órganos producen sonido por medio del aire que fluye en el tubo de modo que cada sonido “consume” cierta cantidad de aire. Un arreglo mecánico conecta el teclado y los pasos de tono en la caja de viento que es también el sistema de conmutación. Cuando se presiona una tecla, la válvula correspondiente en la consola se abre y el aire fluye en el canal de tono y los tubos seleccionados por los topes. Un muelle cierra la válvula, bloqueando el paso del aire cuando se libera la tecla. El aire presurizado es proporcionado por el sistema de viento que consiste de cuatro partes esenciales. (1) El soplador (ventilador eléctrico) que suministra el aire al instrumento. El soplador bombea el aire en el sistema de viento de acuerdo con el consumo del instrumento. 28 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Fig. 3. Un bosquejo de un órgano de tubo y sus partes más importantes. (2) La válvula giratoria regula el flujo de aire del ventilador en los fuelles. (3) Los fuelles garantizan que la presión en el caja del viento permanece constante. La presión requerida en el órgano se establece por el constructor colocando pesos en la parte superior de los fuelles. (4) Finalmente, el conducto de viento conecta el sistema de viento con la caja (parte inferior), suministrando el aire a los tubos. Múltiples sistemas de viento pueden estar presentes y operar al mismo tiempo en órganos grandes, pero cada uno proporciona aire a un conjunto diferente de rangos. Como ya se mencionó, hay dos tipos de tubos que son similares en función a otros instrumentos de viento: flauta (labial) tubos (como una flauta o una flauta transversal) y de junco (lingual) (como un clarinete o un saxofón). El sonido del tubo es producido por una banda de latón vibrante conocida como lengüeta. El aire bajo presión (viento) se dirige hacia la lengüeta que vibra en un tono específico. Esto contrasta con la flauta, que no contiene partes móviles y producen sonido sólo a través de la vibración del aire (véase la figura 2). En un órgano típico hay considerablemente más tubos de flauta que de lengüeta. Las partes principales los tubos de junco y de flauta se muestran en figura 2. En las siguientes secciones se discute la física de los tubos. La discusión se basa en una publicación anterior 1 complementada por algunos resultados de proyectos de investigación europeos llevados a cabo en cooperación con varias empresas constructoras de órganos. Los juncos no se discuten en este documento, pero se pueden consultar en 2-4. Flautas Aunque las principales características del sonido de los tubos de la flauta se han investigado exhaustivamente, 5-7 la conexión entre el carácter sonoro, la forma del tubo y las dimensiones todavía no se entienden bien. Sin embargo, en la tradición de construcción de órganos, el carácter sonoro de los diferentes rangos se asocia inequívocamente con la forma de los tubos, el material, y tamaño. 8, 9 Aunque el timbre, y especialmente el ataque de los tubos (justo al Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 29 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. principio del sonido del tubo), pueden ser cambiados significativamente por los ajustes de voz (cambiando los parámetros geométricos de la tubería como el diámetro de la anchura del conducto y el corte de la boca [labio superior]), las características principales del sonido son bastante estables para un de rango y depende principalmente de la forma y el progreso de dimensiones con nota (escala) de los tubos. Es interesante para los científicos que sólo un rango muy estrecho de todas las dimensiones posibles (diámetro, espesor de pared, altura de corte, ancho de salida) y los materiales se utilizan realmente para tubos de órganos. Algunas de estas limitaciones pueden explicarse por razones técnicas, pero la mayoría de ellas no tienen base en la ciencia. Resultados experimentales Aunque los tubos de flauta ofrecen una gran variedad de sonidos, las propiedades medidas de esos sonidos contienen varios elementos comunes que se pueden utilizar para caracterizarlos. Para determinar estas características se utilizan tres mediciones: el espectro estacionario (el espectro del sonido de un tubo de sondeo continuo) tanto en la boca como en final y el ataque transitorio en la boca. Para hacer esto, los espectros estacionarios se miden por micrófonos colocados cerca (~3-5 cm) a las dos aberturas de las tuberías y el ataque Los transitorios en la boca se analizan mediante un programa informático especial. 10 Características destacadas del sonido estacionario y fenómenos físicos relacionados El espectro sonoro y las características destacadas de un tubo se pueden ver en la figura 4. Las filas de tubos de flauta se dividen en tres grupos según a su sonido característico. Los tubos más anchos producen los tonos más fundamentales y los menos armónicos, y comienzan a sonar más rápido (ataque rápido). El Diapasón o la familia principal produce el sonido característico del órgano y no tiene la intención de imitar cualquier otro instrumento o sonido. Son de media escala y son destacadas a menudo en las fachadas de los órganos. Se pueden caracterizar por su fuerte segundo parcial, especialmente en el ataque. Los tubos tan delgados que parecen cuerdas son los más estrechos. Producen un sonido brillante que es bajo en armónicos fundamentales y rico en parciales superiores. Uno de los controles más comunes de estos tubos se llaman Salicional. Los controles siguen a menudo la nomenclatura de los instrumentos cordófonos de arco, como el violoncello, la viola de Gamba, y el Geigen (del alemán Geige, para violín; véase http://acousticstoday.org/flue). Tienen sonidos muy brillantes con más de 20 parciales armónicas pero con un ataque lento. 1 Se pueden enumerar las características de los espectros sonoros de un órgano y los fenómenos físicos relacionados puede explicarse de la siguiente manera. Una serie de parciales armónicas Es bien conocido por los elementos de la teoría de Fourier 11 que el espectro de una señal periódica contiene una serie de componentes armónicos (parciales). Estas parciales se pueden ver en la figura 4. 30 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Fig. 4. Espectro estacionario típico de un tubo de órgano de salida en el extremo abierto (a) y en la boca (b). Ver el texto para más detalles. Una segunda serie de picos más pequeños y más amplios que no están relacionados armónicamente, pero están ligeramente estirados en frecuencia Los picos pequeños y anchos mostrados en el espectro demuestran la presencia de eigenmodos acústicos (ondas estacionarias) de los tubos. (Se le llama onda estacionaria a aquella en que las ondas sonoras reflejadas de ida y vuelta en el tubo se combinan de tal manera que cada ubicación a lo largo del eje tiene una amplitud constante pero diferente. Las ubicaciones las amplitudes mínimo y máxima se llaman nodos y antinodos, respectivamente. La frecuencia de la onda estacionaria es la frecuencia de resonancia o frecuencia eigenfrequency del tubo. Las ondas estacionarias se producen en un tubo en varias frecuencias). La presencia de eigenmodos puede ser probada experimentalmente mediante el uso de excitación acústica externa. Si se coloca un tubo en el camino del sonido generado por un altavoz, el tubo amplificará los componentes de frecuencia que corresponden a las eigenresonancias. El espectro de eigenresonancia puede ser determinado colocando un pequeño micrófono en el tubo y usando una excitación en un rango amplio de frecuencia. Tal espectro se muestra en la figura 5 para un tubo cilíndrico. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 31 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Fig. 5. Características de un tubo de 60 cm de largo y 31 mm de diámetro. Las partículas armónicas están marcadas por cursores en forma de “v”. Las eigenresonancias están ligeramente estiradas; las eigenfrequencias son un poco más altas que los armónicos de la primera eigenresonancia. El estiramiento de las frecuencias propias es mucho más pronunciado en los tubos de órganos abiertos. En el espectro de un tubo Diapasón (figura 4a), la novena eigenresonancia se encuentra a medio camino entre el noveno y décimo armónico parcial. El estiramiento se hace más grande para relaciones de diámetro-longitud más grandes y para aberturas más pequeñas en los extremos del tubo. La distribución espacial medida de los modos primer, tercero y quinto tubo de flauta bastante ancho se muestra en la figura 6. Se puede observar que las ondas estacionarias caen asimétricamente en el tubo; desplazadas hacia la boca. Además, la media longitud de onda del primer modo eigenmodo (y n veces la media longitud de onda del enésimo eigenmodo) es más largo que la longitud del resonador. La diferencia puede considerarse como una “corrección final” para los cálculos prácticos. Fig. 6. Ondas de pie en un tubo de órgano. Se muestran las distribuciones de presión sonora del primer, tercer y quinto eigenmodo en un tubo ancho. 32 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Estos hechos experimentales pueden comprenderse teniendo en cuenta las propiedades físicas de los tubos del órgano como un resonador acústico. La columna de aire en los tubos tiene varios modos propios (patrones de onda estacionaria) con frecuencias de resonancia características (eigenfrecuencias). Sus frecuencias no están relacionadas armónicamente debido a la corrección final, 12 que disminuye con la frecuencia. 2 Dado que la corrección final es proporcional al diámetro del tubo, el estiramiento de las eigenfrecuencias es mayor para los tubos anchos que para los estrechos. Además, la corrección final para una pequeña abertura (boca) es más grande que la del extremo abierto más grande. Por lo tanto, el estiramiento de la eigenfrequencia de un tubo de órgano es más grande para tubos anchos que angostos de la misma longitud y diámetro. Debido a la diferentes correcciones finales en las aberturas, la onda estacionaria se encuentra asimétricamente dentro del tubo del órgano. 13 Por lo tanto, el espectro de sonido en la boca y en el extremo abierto son diferentes, como se muestra en la figura 4. Una línea de base dependiente de la frecuencia Se determina la línea de base del espectro (véase la figura 4) por el ruido de banda ancha en la boca del tubo. Este ruido es producido por el flujo de aire en la salida y la parte superior labio. 14 Dado que el resonador amplifica ese ruido alrededor de las eigenresonancias, el ruido amplificado puede dominar el sonido del tubo en el rango de alta frecuencia, donde las parciales del armónico fundamental son generalmente débiles. El ruido de alta frecuencia puede reducirse muy eficazmente cortando, por ejemplo, las ranuras de corte en el lengüeta (placa de metal separando el pie y el cuerpo del tubo; figura 2. 15 Este método puede aumentar la proporción de la parciales armónicas a la línea de base significativamente. Envoltura de las armónicas parciales La forma de la envoltura depende de las pérdidas totales en el tubo que incluyen las pérdidas de volumen en el aire, la pérdida superficial en la pared de los tubos debido a la viscosidad y la conducción del calor, las pérdidas de radiación en las aberturas, y la pérdida de energía en el acoplamiento del sonido con las vibraciones de la pared. Para los tubos del órgano, la superficie y las pérdidas de radiación son mucho mayores que los otros dos efectos. A la misma frecuencia, la pérdidas superficiales son relativamente mayores y las pérdidas por radiación son relativamente menores para tubos estrechos que para tubos anchos. Ya que las pérdidas superficiales disminuyen y las pérdidas de radiación aumentan con la frecuencia, la pérdida mínima se produce a una cierta frecuencia. De hecho, tal mínimo se puede observar en tubos estrechos. Visto de otra forma, la mayor amplitud no se produce para la fundamental, pero para una parcial superior. La medición del espectro de un tubo normal, ancho, y estrecho se muestra en la figura 7. En el caso de tubo resonador ancho/estrecho hay menos/más parciales, respectivamente, que para el resonador normal de la tubería. Las pérdidas de radiación se producen a través de la radiación acústica en las aberturas de los tubos (boca y extremo abierto). Debido a que las aberturas son Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 33 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Fig. 7. Espectros medidos de un Diapasón (normal; a), una Flauta (ancha; b), y un tubo Salicional (estrecho; c). mucho menores que la longitud de onda del sonido, ambas pueden considerarse fuentes simples (monopolos). 13 Mediciones mediante un sistema de cámara acústicas confirman este modelo de fuente simple. 16 La figura 8 muestra que las fuentes del sonido son realmente las aberturas en la boca y en el extremo abierto de la tubo. Basado en el registro de la primera parcial (fundamental) en la figura 8a (véase http://acousticstoday.org/8a.mp4) el sonido se irradia en fase pero con diferente intensidad. La presión acústica es mayor en la boca. La figura 8b (ver http:// acousticstoday.org/8b.mp4) muestra que las dos fuentes irradian en fase opuesta. La fuente simple en la boca es generalmente mucho más fuerte que la fuente en el extremo abierto. 34 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Fig. 8. Radiación sonora en las partes primera (a) y segunda (b). Los colores corresponden a la intensidad del sonido. (véase http://acousticstoday.org/8a.mp4 y http:// acousticstoday.org/8b.mp4). La envolvente de los armónicos del espectro sonoro en la boca presenta una estructura de forma con un mínimo visible (ver figuras 4b y 7) debido a la posición relativa de las armónicas parciales y los eigenmodos vecinos. Debido al estiramiento de las frecuencias propias, las partículas armónicas se desplazan gradualmente de los picos de los eigenmodos en el valle entre ellos y luego más lejos hacia el pico del eigenmodo vecino inferior. Si el armónico está cerca de la eigenfrecuencia, el armónico parcial será amplificado por la eigenresonancia. Un armónico parcial que cae a medio camino entre dos modos no será amplificado mientras que el armónico parcial más cercano al mínimo entre dos eigenmodos será el más pequeño. Por lo tanto, se puede observar un formante mínimo en los espectros medidos en la boca. Debido a que el estiramiento es más pronunciado para tubos más anchos, la posición del formante mínimo depende de la relación diámetro-longitud del tubo. Espectros de sonido medidos en la boca de un tubo normal (Diapasón), ancho (flauta), y estrecho (Salicional o de cuerda) muestran claramente este efecto (figura 7). Para el tubo Diapasón, el primer mínimo se encuentra en la sexta parcial (figura 7a). Para el tubo de flauta, el mínimo se produce alrededor del tercer parcial (figura 7b); para el tubo Salicional se desplaza hasta el octavo parcial (figura 7c). Diferentes cubiertas espectrales en la boca y en el extremo abierto Se ha demostrado que el campo acústico radiado corresponde al de dos fuentes simples situadas en las aberturas de los tubos (ver figura 8). Las fuentes simples irradian en fase para los armónicos parciales impares y fuera de fase para los pares. La fuerza es diferente para ambas fuentes, y el dos aberturas irradian diferentes espectros. 13 Los espectros del sonido irradiado en las aberturas es diferente porque las ondas estacionarias en el tubo están asimétricamente localizadas (ver figuras 4 y 6). Porque el extremo corrección es inversamente proporcional al área de la abertura, 13 la envoltura mínima se produce para el armónico parcial inferior en la boca que en el extremo abierto. Es decir, los envoltorios espectrales en la boca y el extremo abierto siempre son diferentes. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 35 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. IRREGULARIDADES EN LA ALTA FRECUENCIA Parte del espectro Se pueden causar irregularidades en el rango de armónicos superiores por la excitación de resonancias transversales (corte transversal eigenmodos) del tubo. Las filas de tubos pueden tener armónicos parciales en el rango de resonancias transversales; por lo tanto, pueden aparecer resonancias transversales en el espectro entre los armónicas parciales (figura 7b, primera resonancia transversal alrededor del parcial undécimo). Estas resonancias se excitan por el ruido de alta frecuencia en el labio superior. Las irregularidades en el espectro también pueden ser causadas por las vibraciones de la pared. Se ha demostrado que las vibraciones de la pared no pueden irradiar sonido directamente. 17, 18 Por otra parte, existe un acoplamiento lineal entre la columna de aire y la pared del tubo para tubos rectangulares 16 y también para tubos cilíndricos si la sección transversal del tubo no es un círculo perfecto, pero es ligeramente elíptica o la pared es muy delgada. 19 En estos casos, las vibraciones de la pared pueden influir en el sonido irradiado en las aberturas, especialmente durante el transitorio. 16, 19 Si un modo de vibración aguda está cerca de un eigenmodo o armónica parcial del sonido de los tubos, ambos modos estarán acoplados, lo que lleva a un ligero desentono del componente de sonido correspondiente. Sin embargo, tal coincidencia es muy rara en la práctica. La figura 9 muestra los diagramas de vibración registrados por un vibrómetro láser tridimensional (3-D) de un par de tubos Diapason G. La figura 9a (http:// acousticstoday.org/9a.mp4) muestra los tubos de metal liso (aleación de estañoplomo) en el quinto parcial (974 Hz) y la figura 9b (http://acousticstoday.org/9b. mp4) muestra la tuberías de zinc en el quinto parcial (misma frecuencia). Es evidente que a pesar de la misma frecuencia de medición, los tubos hechos de diferentes materiales muestran muy diferente modo de vibración. Fig. 9. Forma de vibración del par de tubos Diapason G. Rojo indica que las paredes del tubo son vibradas duro y verde significa menos vibración. a: Tubo de metal liso (aleación de estaño-plomo) en la quinta parte parcial (974 Hz, véase http://acousticstoday. org/9a.mp4). b: Tubo de zinc en el quinto parcial (y la misma frecuencia, véase http:// acousticstoday.org/9b.mp4). 36 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. La figura 10 muestra la representación 3-D de la ataques transitorios (ataque; cómo se construirán las parciales en tiempo) del mismo par de tubos Diapasón G (mostrado hasta el sexto parcial), y los ruidos entre las parciales también se registran. Es obvio que los ataques de los dos tubos son muy similares. Los experimentos mostraron que las diferencias en los ataques registrados con tubos hechos de diferentes materiales no son más grandes que con dos ataques sucesivos de los mismos tubos. Las explicaciones anteriores demuestran que los mecanismos influyen en el sonido constante de las tuberías. Por otra parte, incluso las características más complicadas podrían asignarse a las propiedades físicas medibles y comprensibles de los tubos de órganos de combustión. Los resultados de la investigación en acústica de tubos de salida se pueden adaptar en la investigación aplicada para apoyar el trabajo diario de los órganos constructores. La siguiente sección presenta un ejemplo de las tendencias en la investigación aplicada. Fig. 10. Una representación en 3-D de los transitorios de ataque analizados del par de tubos Diapasón G (igual que se muestra en la Figura 9). El gráfico muestra el inicio del sonido de la tubería y, por lo tanto, cómo las partes parciales de las diferentes frecuencias se acumulan en el tiempo. a: Hecho de metal liso (aleación de estaño-plomo). b: Hecho de zinc.mp4). b: Tubo de zinc en el quinto parcial (y la misma frecuencia, véase http://acousticstoday.org/9b.mp4). Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 37 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. Diseño sonoro de tubos Los tubos de órgano tipo flauta son semiabiertos cuyo resonador consiste en dos partes principales: una recta principal cilíndrica y una libre más corta y más delgada unida a su parte superior (figura 11, arriba a la izquierda). La longitud y el diámetro puede variar, y esto hace posible que el ajustar el timbre. Por ejemplo, os tubos del los órganos del estilo barroco deben tener un sonido rico en el quinto (tercer armónico) puro, mientras que los instrumentos de estilo romántico requieren más de una tercera mayor (quinto armónico) en el sonido. Para poder para cumplir estos requisitos, se necesitan reglas especiales de diseño para determinar las dimensiones de los tubos de manera que se pueda alcanzar el carácter deseado del sonido. El proceso de determinar las dimensiones geométricas apropiadas de los tubos de órganos con el fin de lograr un timbre predefinido se conoce como diseño sonoro. La construcción del tubo de desfogue fue estudiado por diferentes investigadores, sobre todo Helmholtz. Su conclusión fue que para reforzar el quinto armónico en el sonido, lo mejor es tener un desfogue de una longitud de dos quintos de la del resonador principal. 20 Al parecer, en un examen más reciente, la configuración propuesta por Helmholtz resultó ser el menos favorable. 21 En el estudio iniciado por los constructores de órganos y realizado por los autores de este artículo, se estableció una novedosa metodología para el diseño sonoro de tubos y se implementó en una herramienta de software. Fig. 11. Arriba a la izquierda: bosquejo de un tubo de órgano de chimenea. a ç c: Espectros medidos (negro) y entrada calculada (rojo) de las tuberías de chimenea experimentales. a: Diseño de la pipa de chimenea de referencia. Los números en el fondo azul son las amplitudes de las primeras siete parciales armónicas. b: Diseño optimizado que mejora el tercer armónico (quinto puro) por 15 dB. c: Diseño optimizado que mejora el quinto (tercer mayor) por 17 dB. Los números en los fondos verde y amarillo muestran los niveles relativos de los armónicos comparados con el tubo de referencia. 38 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. La idea del enfoque de diseño sonoro propuesto es afinar las frecuencias propias del resonador para que coincidan con las frecuencias de los armónicos parciales predefinidos del sonido. 22 Cuando un armónico parcial se traslapa con una eigenfrecuencia, el eigenmodo correspondiente consigue excitarse muy eficientemente y por lo tanto se puede esperar la amplificación del armónico. Mediante simulación por computadora, se calcula la llamada admisión de entrada. Los picos de la admisión de entrada corresponden a los picos de eigenresonancias. Es importante que los picos de las curvas rojas en la figura 11 coincidan con la armónica parcial a ser mejorada. Los espectros sonoros medidos en estado estacionario se muestran en figura 11a-c. En cada diagrama, la presión acústica medida en la boca del tubo y la admisión de entrada calculada se muestran por las líneas negras y rojas, respectivamente. La figura 11a muestra el tubo de referencia con la amplitud de la primeros siete armónicos, indicados por los números en el fondo azul. El tubo de referencia tiene un componente fundamental fuerte en su sonido mientras que los armónicos superiores son muy débiles. La figura 11b,c muestra los resultados optimizados para los armónicos tercero y quinto, respectivamente. Los números en el fondo verde indican la amplificación del objetivo armónico parcial en comparación con los niveles medidos en el caso del tubo de referencia. Los números en el fondo amarillo muestran los mismos cambios en los niveles de los otros armónicos. Como se puede ver, los resonadores optimizados pueden mejorar los armónicos dirigidos por más de 15 dB manteniendo la frecuencia fundamental constante. Esta amplificación puede considerarse sustancial si se tiene en cuenta que los tubos experimentales sólo diferían en la geometría de sus resonadores. CONCLUSIONES La intención de los autores de este trabajo fue demostrar que la investigación sobre tubos de órganos conduce a una mejor comprensión de cómo funcionan. Además, la investigación puede proporcionar explicaciones científicas para apoyar o refutar creencias establecidas de los constructores de órganos y, por último pero no menos importante, puede proporcionar nuevos resultados científicos y herramientas para mejorar aún más el arte de la construcción de órganos de tubo. REFERENCIAS 1. Miklós, A., and Angster, J. (2000). Properties of the sound of flue organ pipes. Acta Acustica united with Acustica 58, 611-622. 2. Fletcher, N. H., and Rossing, T. D. (1991). The Physics of Musical Instruments. Springer-Verlag, New York. 3. Miklós, A., Angster, J., Pitsch, S., and Rossing, T. D. (2003). Reed vibration in lingual organ pipes without the resonators. The Journal of the Acoustical Society of America 113, 1081-1091. 4. Miklós, A., Angster, J., Pitsch, S., and Rossing, T. D. (2006). Interaction of reed and resonator by sound generation in a reed organ pipe. The Journal of the Acoustical Society of America 119, 3121-3129. 5. Yoshikawa, S., and Saneyoshi, J. (1980). Feedback excitation mechanism in organ pipes. The Journal of the Acoustical Society of Japan (E) 1, 175-191. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 39 �Acústica de los órganos tubulares y tendencias futuras en la investigación / Judit Angster, et al. 6. Verge, M. P., Fabre, B., Mahu, W. E., and Hirschberg, A. (1994). Feedback excitation mechanism in organ pipes. The Journal of the Acoustical Society of America 95, 1119-1132. 7. Fletcher, N. H. (1996). Sound production by organ flue pipes. The Journal of the Acoustical Society of America 60, 926-936. 8. Töpfer, J. G. (1888). Die Theory und Praxis des Orgelbaues. Zweites Buch, Voigt, Weimar, Germany, pp. 71-83. 9. Mahrenholz, C. (1987). Berechnung der Mensuren. Orgelbau Fachverlag Rensch, Lauffen am Neckar, Germany, Chap. B., pp. 35-125. 10. Angster, J., and Miklós, A. (1995). Documentation of the sound of a historical pipe organ. Applied Acoustics 46, 61-82. 11. Korn, G. A., and Korn T. M. (1975). Mathematical Handbook for Scientists and Engineers. McGraw-Hill, New York, Chap. 4.11.4, pp. 140-142. 12. Nelkon, M., and Parker, P. (1970). Advanced Level Physics. Heinemann Educational Books Ltd., London, pp. 640-674. 13. Angster, J., and Miklós, A. (1998). Sound radiation of open labial organ pipes; The effect of the size of the openings on the formant structure. In Proceedings of the International Symposium on Musical Acoustics (ISMA), Leavenworth, WA, June 26 to July 1, 1998, pp. 267-272. 14. Fabre, B., Hirschberg, A., and Wijnands, A. P. J. (1996). Vortex shedding in steady oscillation of a flue organ pipe. Acta Acustica united with Acustica 82, 863-877. 15. Angster, J., Paál, G., Garen, W., and Miklós, A. (1997). Effect of voicing steps on the stationary spectrum and attack transient of a flue organ pipe. Proceedings Institute of Acoustics 19, 285-294. 16. Angster, J., Dubovski, Z., Pitsch, S., and Miklós, A. (2011). Impact of the material on the sound of flue organ pipes (Acoustic and vibration investigations with modern measuring techniques). In Birnbaum, C. (Ed.), Analysis and Description of Music Instruments Using Engineering Methods. Stiftung Händel-Haus (Handel House Foundation), Halle (Saale), Germany, pp. 3441. 17. Backus, J., and Hundley, T. C. (1965). Wall vibrations in flue organ pipes and their effect on tone. The Journal of the Acoustical Society of America 39, 936-945. 18. Angster, J., Paál, G., Garen, W., and Miklós, A. (1998). The effect of wall vibrations on the timbre of organ pipes. In Proceedings of the 16th International Congress on Acoustics and 135th Acoustical Society of America Meet ing, Seattle, WA, June 20-26, 1998, pp. 753-754. 19. Kob, M. (2000). Influence of wall vibrations on the transient sound of flue organ pipes. Acta Acustica united with Acustica 86, 642-648. 20. Helmholtz, H. (1954). On the Sensation of Tone. Dover, New York. 21. Kokkelmans, S. J. J. M. F., Verge, M.-P., Hirschberg, A., Wijnands, A. P. J., and Schoffelen, R. L. M. (1999). Acoustic behavior of chimney pipes. The Journal of the Acoustical Society of America 105, 546-551. 22. Rucz, P., Trommer, T., Angster, J., Miklós, A., and Augusztinovicz, F. (2013). Sound design of chimney pipes by optimization of their resonators. The Journal of the Acoustical Society of America 133, 529-537 . 40 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo Allison Guzmán Lembo, Carlos Daniel Mayorga Alvarado, Jimena Fernanda Dávila Vázquez, Jonathan Martínez Reyna, Angel Rodriguez-Liñan, Luis M. Torres-Treviño Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica angel.rodriguezln@uanl.edu.mx, RESUMEN En este trabajo, de manera introductoria se ilustra la implementación de tres redes neuronales preentrenadas con el paradigma de aprendizaje profundo en el software MATLAB®, que pueden reconocer objetos en imágenes capturadas por una cámara. Mediante experimentos para reconocer objetos, se determinó cuál de estas redes tuvo mejor desempeño, aprovechando una base de datos estándar de imágenes. Dichos resultados se ilustran con ejemplos del uso del software y con datos comparativos de los aciertos. PALABRAS CLAVE Red neuronal artificial, aprendizaje profundo, AlexNet, GoogLeNet, VGG16, reconocimiento de imágenes. ABSTRACT In this work, an introduction to the implementation of three pre-trained neural networks with Deep Learning is illustrated in MATLAB®, for recognition of objects from images acquired by a camera. Through experiments to recognize objects, it was determined which of these networks had better performance, taking advantage of a standard database of images. These results are illustrated with examples with the software and with comparative data. KEYWORDS Artificial neural network, deep learning, AlexNet, GoogLeNet, VGG-16, image recognition. INTRODUCCIÓN Uno de los principales objetivos y preocupaciones de la humanidad a lo largo de la historia, ha sido el poder diseñar y construir máquinas capaces de realizar diversas actividades con cierta autonomía. De los avances alcanzados en este sentido, se han llegado a definir métodos para diseñar sistemas, que tomen decisiones o realicen acciones (por ejemplo, encender/apagar iluminación, control automático de válvulas en la industria, o el reconocer un objeto en una imagen), de acuerdo con los requerimientos de una actividad. En general este proceso de acciones puede verse como un sistema que procesa variables de entrada, para generar variables de salida. 1 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 41 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Este proceso para toma de decisiones, acciones de control o procesamiento de la información, dependiendo del caso, puede realizarse con diversas herramientas como algoritmos de procesamiento de señales y datos, esquemas convencionales de control automático, y técnicas de inteligencia artificial (como las redes neuronales artificiales), entre otras. Las redes neuronales artificiales tienen la ventaja de ofrecer posibles soluciones a problemas que no pueden ser resueltos por esquemas de procesamiento o de control convencional, ante una gran cantidad de variables de entrada o de la complejidad del problema. Las redes neuronales han sido un importante avance en la inteligencia artificial y se han hecho cada vez más accesibles al público en general, ya que tienen aplicaciones en videojuegos, asistentes virtuales, servicios financieros, agentes autónomos, entre otros. Por otro lado, para reconocimiento de una imagen se identifican varias etapas, que consisten en la adquisición de la imagen, un preprocesamiento de la imagen, extracción de características y finalmente se comparan sus características con las de imágenes conocidas, logrando entonces el reconocimiento de un objeto. 1 Particularmente, las redes neuronales son unas de las herramientas que han tenido más avance y desarrollo para ejecutar estas etapas, y por fin, reconocer imágenes. Por ejemplo, gracias a ello se ha logrado una mejor precisión para detección en sistemas de vigilancia, mejora en entrenamientos basados en imágenes y video, o para diagnóstico de tumores. 2, 3 Considerando la literatura científica en esta área, en el trabajo de Coronel Tobar 1 se utilizó una red neuronal con una capa de entrada de 10304 nodos. Las ventajas de este trabajo es su fácil implementación que no requiere cálculos complejos y que las variaciones de iluminación no son muy significativas, ya que su procesamiento está en términos de los niveles de gris de la imagen original. Otro sistema que permite reconocer diferentes figuras geométricas adquiere imágenes a color con una cámara web con una resolución de 480 filas por 640 columnas, y luego genera una imagen en blanco y negro de 340 píxeles4. La red de clasificación de color tiene 3 entradas: la componente roja, la componente azul y la componente verde, todas con un rango de 0 a 255. El número total de capas de la red es 4, una capa de entrada que tiene tres neuronas, dos capas ocultas y una capa de salida lineal que tiene 2 neuronas. La función de activación para las 2 capas ocultas es la función tangente sigmoidea. 4 Otro trabajo, consiste en el desarrollo de un sistema de reconocimiento de imágenes con dispositivos móviles, el cual debe ser capaz de funcionar utilizando una función de GaussianBlur, para el algoritmo de suavizado en reconocimiento de hojas de plantas, ya que tiene en cuenta el peso de los píxeles más cercanos que los alejados. Utiliza una base de datos formada por 25 imágenes de 12 tipos de plantas distintas y un tipo de red neuronal de retro propagación, con arquitectura de 7 neuronas de entrada y 2 neuronas en la capa oculta. 5 Entre las ventajas de las redes de retro propagación, es que aprovechan la naturaleza paralela de las redes neuronales para reducir el tiempo requerido por un procesador secuencial para determinar la correspondencia entre unos patrones dados. En el presente trabajo, se introduce al uso de un toolbox para reconocimiento de objetos a partir de su imagen mediante una red neuronal. La red neuronal debe ser primeramente entrenada con un conjunto de imágenes y posteriormente se prueba 42 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. la eficiencia del sistema, utilizando una base de datos de imágenes estándar. Además, se calcula el porcentaje de aciertos del sistema de reconocimiento. El resto del documento se organiza de la siguiente manera: Primero se explican los conceptos principales de las redes neuronales, luego se explica la metodología que se utiliza para la implementación y ajuste de las redes neuronales preentrenadas en MATLAB®, posteriormente se explica la base de datos que se utilizó para entrenamiento y pruebas. Se ilustran los resultados del reconocimiento con tablas comparativas. Finalmente, se presentan las conclusiones obtenidas. REDES NEURONALES Una neurona artificial posee diversas entradas ponderadas, un bloque sumador, una función de activación y su respectiva salida. 4 En la figura 1 se muestra la estructura de una neurona artificial. Fig. 1. Estructura de una neurona artificial [imagen obtenida de 4]. Como se ilustra en la figura 2, las redes neuronales están formadas por un vector o capa de entrada, capas ocultas y capa de salida. El vector de entrada contiene las señales provenientes de las fuentes externas; las capas ocultas se encuentran entre el vector de entrada y la capa de salida, el número de capas ocultas puede ser desde cero hasta un número elevado; la capa de salida es la que transmite la respuesta de la red al medio externo. 5 En una red de retro propagación, el error se propaga de manera inversa al funcionamiento normal de la red, a esto también se le llama método del gradiente descendiente. A continuación, se describe el algoritmo de propagación hacia atrás o regla delta generalizada.6 1. Se inicializan los valores de los pesos sinápticos de toda la red; por lo general se asignan valores aleatorios. 2. Se ingresa un ejemplo de entrada para entrenamiento de la red (XP= [XP1, …, XPN]), junto con su salida esperada (YP = [YP1…YPM]). 3. Se calcula la entrada total de cada neurona en cada capa oculta, mediante la ecuación Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 43 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Fig. 2. Esquema de red neuronal artificial [imagen obtenida de 5]. 4. Se calculan las salidas de la capa oculta, mediante 5. Se calcula la entrada total de cada neurona de la capa de salida, con 6. Se calculan las salidas de la red: 7. Se calculan los términos de error para las neuronas de la capa de salida: 8. Se calculan los términos de error para las neuronas de la capa oculta: 9. Se actualizan los pesos sinápticos de las neuronas de la capa de salida, como 10.Se actualizan los pesos sinápticos de la capa oculta, con 11.Si no existen más ejemplos de entrenamiento, se calcula el error cuadrático medio de todos los ejemplos, mediante la ecuación Aprendizaje profundo (Deep Learning) Una red neuronal de aprendizaje profundo consiste en unir varias capas de neuronas; la diferencia con las redes neuronales tradicionales radica en la forma de conectarse entre las capas y en la función de activación. Las capas 44 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. internas tienen la función de crear atributos de manera automática, una tarea que usualmente se realizaba ‘a mano’. Esta característica es lo que ha impulsado el uso de estas redes de manera masiva, sobre todo para el procesamiento de imágenes. Las formas de conectividad entre capas son básicamente de dos tipos: (a) convolución (conv), (b) conexión total, y (c) agrupación (Pooling). La conectividad de convolución realiza una lectura focalizada llamada kernel en un área específica de la capa de neuronas, que se desplaza por todas las neuronas de la capa. Todas las señales del kernel son entradas de una neurona artificial, que se ponderan con pesos ajustables y se aplica la función de activación muy fácil de implementar llamada ReLu, además de las funciones tangenciales, Sigmoidales o Gaussianas. En la conexión total, cada entrada se pondera y se le aplica una función de activación para enviar la señal de salida a la siguiente capa, ésta es la forma tradicional de conectar las redes neuronales entre capas. En la operación de agrupamiento se reduce el número de neuronas requeridas en la siguiente capa, aplicando una función de agrupamiento (Pool) o de máximo (softmax) al kernel. El aprendizaje profundo es una tecnología clave en los vehículos autónomos, que les permite distinguir entre un señalamiento de ‘Alto’, un peatón o un semáforo. Con el Aprendizaje Profundo, un modelo informático aprende a realizar tareas de clasificación directamente a partir de imágenes, texto o sonido. Los modelos de aprendizaje profundo pueden alcanzar una precisión de vanguardia que, en ocasiones, supera el desempeño humano. Los modelos se entrenan mediante un amplio conjunto de datos etiquetados y arquitecturas de redes neuronales que contienen muchas capas. En algunos paquetes de software, existen herramientas o Toolboxes que facilitan a los usuarios programar y ajustar algoritmos de redes neuronales, como en MATLAB® algunos son los Toolboxes AlexNet, 7, 8, GoogLeNet, 9, 10 y VGG-168. 11 AlexNet 7, 8 es una red neuronal convolucional que se entrena con más de un millón de imágenes. La red tiene 8 capas de profundidad y puede clasificar imágenes en 1000 categorías de objetos, como teclado, mouse, lápiz y muchos animales. Como resultado, la red ha aprendido ricas representaciones de características para una amplia gama de imágenes. La red tiene un tamaño de entrada de imagen de 227 por 227 píxeles. La red toma una imagen como entrada y genera una etiqueta para el objeto en la imagen junto con las probabilidades para cada una de las categorías de objetos. El aprendizaje por transferencia se usa comúnmente en aplicaciones de aprendizaje profundo. Puede tomar una red pre-entrenada y usarla como punto de partida para aprender una nueva tarea. Para un análisis más profundo de la red neuronal, MATLAB® pone a su disposición una vista que permite observar el comportamiento de toda la red, donde muestra las entradas, pesos, funciones de activación, convolución, secuencia, agrupación, normalización, utilidad y salidas, como se ilustra en las figuras 3 y 4. GoogLeNet 9, 10 es una red neuronal circumvolucional preentrenada de 22 capas profundas, ha sido entrenada sobre 1 millón de imágenes y puede clasificar imágenes en categorías de 1000 objetos (tales como teclado, taza de café, Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 45 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Fig. 3. Red Neuronal Alex Net en MATLAB®. Fig. 4. Capas que Componen la Red Neuronal AlexNet. lápiz y muchos animales). La red ha aprendido abundantes representaciones para una amplia gama de imágenes. La red tiene una imagen como entrada y genera la salida como una etiqueta o nombre del objeto de la imagen, junto con las probabilidades para cada una de las categorías de objeto. Su arquitectura consistía en 22 capas de profundidad, pero redujo el número de parámetros de 60 millones (en AlexNet) a 4 millones. MATLAB ® permite observar completamente la red y el cómo está constituida. Tiene las entradas, salidas y pesos, funciones de activación, secuencia, agrupación, etcétera. Se pueden modificar los valores preestablecidos de las funciones de activación, pesos, convolución, secuencia, agrupación, normalización y utilidad, que se muestran las figuras 5 y 6. VGG-168, 11 es una red neuronal convolucional que está entrenada por más de 1 millón de imágenes. La red es de 16 capas de profundidad y puede clasificar 46 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Fig. 5. Red neuronal GoogLeNet en MATLAB® (parte 1). Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 47 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Fig. 6. Red neuronal GoogLeNet en MATLAB® (parte 2). 48 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. imágenes en categorías de 1000 objetos. Como resultado, la red ha aprendido representaciones abundantes de una amplia gama de imágenes. La red tiene un tamaño de imagen la entrada de 224 de 224 píxeles. Es muy atractiva debido a su muy uniforme arquitectura. Similar a AlexNet, sólo maneja convoluciones 3x3, pero muchos filtros. Actualmente es la opción más preferida en la comunidad para extraer características de las imágenes. Sin embargo, VGG-16 consta de 138 millones de parámetros, lo que puede ser un poco difícil de manejar. Para un mayor análisis de la red neuronal, MATLAB® pone a su disposición una vista que permite observar el comportamiento de toda la red, y permite modificar los valores preestablecidos de las funciones de activación, pesos, convolución, secuencia, agrupación, normalización y utilidad. En la figura 7 se muestra la vista de la red neuronal VGG-16 en MATLAB®. En el trabajo de Siddharth Das, 12 se determinó que el mayor porcentaje de acierto de estas 3 redes neuronales preentranadas es la VGG-16, con un 73.8%. Mientras que GoogLeNet resultó con un 68.8% y AlexNet con un 52.2%. Fig. 7. De a) a h) se muestran las partes de la red neuronal VGG-16 en MATLAB®. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 49 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Uso del toolbox de MATLAB® Luego de descargar estos 3 toolbooxes de la página de MathWorks 9, 11, 13 (sólo es posible en las versiones MATLAB® R2018a en delante), los pasos que se requieren para utilizarlos, a partir de la captura de imágenes con una cámara web, son los siguientes: 1. Se activa la cámara web mediante el comando. camera = webcam 2. Para elegir la red preentrenada, se usa alguno de los 3 siguientes comandos: net = googlenet net = alexnet net = vgg16 3. Se obtiene el tamaño de la imagen: inputSize = net.Layers(1).InputSize(1:2) 4. Para hacer la captura de una imagen con la cámara web, se usan los comandos: figure; im = snapshot(camera); 5. Para la clasificación de objeto se necesita los comandos: image(im); im= imresize(im,inputSize); [label,score] = classify(net,im); 6. La etiqueta del objeto reconocido y el porcentaje de acierto se pueden escribir como título en la imagen: title({char(label),num2str(max(score),2)}); title({char(label),num2str(max(score),2)}); Con estos comandos, el resultado del reconocimiento se mostrará mediante una leyenda con la clase de objeto reconocido, con el por ciento de acierto y mostrando la captura de la imagen. RESULTADOS DEL RECONOCIMIENTO DE OBJETOS MEDIANTE LAS REDES NEURONALES A continuación, se ilustra el desempeño de los toolboxes explicados (AlexNet, GoogLeNet y VGG-16), para reconocimiento de objetos. Para ello se ejecutó un programa con los comandos de la sección anterior, colocando 50 objetos distintos ante la cámara web para su reconocimiento. Las figuras 8a, 8b, 8c y 8d muestran los resultados al intentar reconocer algunos objetos ante la cámara web utilizando el toolbox de Alex Net. Las figuras 9a, 9b, 9c y 9d muestran los resultados al intentar reconocer algunos objetos ante la cámara web utilizando el toolbox de GoogLeNet. Las figuras 10a, 10b, 10c y 10d muestran los resultados al intentar reconocer algunos objetos ante la cámara web utilizando el toolbox de VGG-16. 50 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Fig. 8. Resultados de reconocimiento usando Alex Net. Fig. 9. Resultados de reconocimiento usando GoogLeNet. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 51 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Fig. 10. Resultados de reconocimiento usando VGG-16. Posteriormente, pueden modificarse los parámetros en los bloques de las figuras 3, 4 y 7 de las redes AlexNet y VGG-16, con el propósito de mejorar el desempeño de la red para el reconocimiento. Las variables que se pueden modificar son las que están marcadas como ‘fc’ (como se muestra en la figura 11), las cuales indican las conexiones que se hacen de las capas anteriores. En el caso de las figuras 11 y 12, se pueden modificar los valores que están encerrados en color rojo. Sin embargo, estas redes de aprendizaje profundo ya están preentrenadas para un alto desempeño, por lo que ante algunas modificaciones arbitrarias de los parámetros podría disminuir el porcentaje de acierto. Fig. 11. Capa de Conexiones. 52 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. Fig. 12. Propiedades de la capa de conexiones. Ante las pruebas realizadas con 50 imágenes, el porcentaje de aciertos con el toolbox AlexNet con sus parámetros por defecto fue del 48%, es decir, acertando en reconocer 24 de los 50 objetos. El porcentaje de aciertos con el toolbox GoogLeNet con sus parámetros por defecto fue del 66%, es decir, acertando en reconocer 33 de los 50 objetos. El porcentaje de aciertos con el toolbox VGG-16 con sus parámetros por defecto fue del 74%, es decir, acertando en reconocer 37 de los 50 objetos. Estos resultados se resumen en la figura 13. Fig. 13. Comparativa de porcentajes de acierto y error de cada red neuronal en las pruebas experimentales. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 53 �Clasificador de objetos en MATLAB® con redes neuronales de aprendizaje profundo / Allison Guzmán Lembo, et al. CONCLUSIONES De los resultados de implementación y prueba de los tres toolboxes de redes neuronales, se concluye que la más amigable para utilizar y que cuenta con mayor porcentaje de aciertos es la VGG-16. REFERENCIAS 1. Coronel Tobar, Hernán Fabricio. (2007). Reconocimiento de rostros utilizando redes neuronales. Tesis, Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador. 2. Esteva, A., Kuprel, B., Novoa, R. A., Ko, J., Swetter, S. M., Blau, H. M., & Thrun, S. (2017). Dermatologist-level classification of skin cancer with deep neural networks. Nature, 542(7639), 115–118. 3. Yun Liu, Krishna Gadepalli, Mohammad Norouzi, George E. Dahl, Timo Kohlberger, Aleksey Boyko, Subhashini Venugopalan, Aleksei Timofeev, Philip Q. Nelson, Gregory S. Corrado, Jason D. Hipp, Lily Peng, Martin C. (2017). Detecting Cancer Metastases on Gigapixel Pathology Images. CoRR abs/1703.02442. 4. Ramírez González, D., Pulido Sarmiento, G., Gerardino Arévalo, B., Cruz Romero, J., Estupiñán Escalante, E., & Cancino Suárez, S. (2009). Adquisición y reconocimiento de imágenes por medio de técnicas de visión e inteligencia artificial. ITECKNE, 6(1), 5-13. 5. García García, Pedro Pablo. (2013). Reconocimiento de imágenes utilizando redes neuronales artificiales. Tesis de Maestría, Universidad Complutense de Madrid, España. 6. Castro García, José Francisco. (2006). Fundamentos para la implementación de red neuronal perceptrón multicapa mediante software. Tesis, Universidad de San Carlos, Guatemala. 7. Krizhevsky, Alex, Ilya Sutskever, and Geoffrey E. Hinton. “ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks.” Advances in neural information processing systems. 2012. 8. Olga Russakovsky, Jia Deng, Hao Su, Jonathan Krause, Sanjeev Satheesh, Sean Ma, Zhiheng Huang, Andrej Karpathy, Aditya Khosla, Michael Bernstein, Alexander C. Berg and Li Fei-Fei. (2015). ImageNet Large Scale Visual Recognition Challenge. International Journal of Computer Vision, 115(3), 211-252. 9. Pretrained GoogLeNet convolutional neural network. http://la.mathworks. com/help/deeplearning/ref/googlenet.html 10. Zhou, B., Khosla, A., Lapedriza, À., Torralba, A., & Oliva, A. (2017). Places: An Image Database for Deep Scene Understanding. CoRR, abs/1610.02055. 11. Pretrained VGG-16 convolutional neural network. http://la.mathworks.com/ help/deeplearning/ref/vgg16.html 12. Siddharth, Das. (2017) CNN Architectures: LeNet, AlexNet, VGG, GoogLeNet, ResNet. 13. Pretrained AlexNet convolutional neural network. http://la.mathworks.com/ help/deeplearning/ref/alexnet.html 54 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio que ayude a fortalecer el razonamiento lógicomatemático Alicia Y. López Sánchez, Aída Lucina González Lara, César Guerra Torres Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica aida.gonzalezlr@uanl.edu.mx RESUMEN Los sistemas de inferencia difusos se utilizan para el análisis de decisiones o reconocimiento de patrones con el propósito de ayudar a tomar elecciones como lo haría un experto en el área. En esta investigación se desarrolló e implementó un sistema en un juego serio que ayuda a fortalecer el razonamiento lógicomatemático, el sistema evalúa si el alumno avanza, regresa o se queda en el mismo nivel con base en el tiempo y los aciertos de cada misión. Los resultados muestran que los estudiantes que avanzaron por lo menos al siguiente nivel mejoraron a diferencia de los que no. PALABRAS CLAVE Sistema de inferencia difuso, juego serio, razonamiento lógico-matemático. ABSTRACT Fuzzy inference systems are used for decision analysis or pattern recognition with the purpose of helping others make decisions like an expert in the field would. In this research a system was developed and implemented in a serious game to strengthen the logical-mathematical reasoning. The system evaluates if the students advance, move back, or stay in the same level based on the time they take and the right guesses of each mission. The results show that the students who advanced at least to the next level improved, unlike the others that did not. KEYWORDS Fuzzy inference system, serious game, logical mathematical reasoning. INTRODUCCIÓN En la actualidad, contar con habilidades y estrategias para la comprensión de la información matemática facilita en la toma de decisiones tanto en el área profesional como en la vida diaria, esto es debido a que los estudiantes no ven Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 55 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. los problemas que se enfrentan como una dificultad sino como una serie de pasos para alcanzar un propósito, logrando así desenvolverse en disciplinas que subyacen de las matemáticas tales como: la ingeniería inversa, programación y tecnologías de la información.1, 2 En 2018, México y otros 78 países participaron en el Programa para la Evaluación Internacional de Alumnos (PISA), en donde aproximadamente 600,000 estudiantes de 15 años de las diferentes escuelas del mundo realizaron dicho examen, obteniendo México el lugar 55 con un promedio de 409 puntos en el área de razonamiento matemático, por lo que se encuentra debajo del promedio establecido por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) de 489 puntos, lo que significa que solo uno de cada 100 estudiantes mexicanos obtienen un rendimiento de nivel medio superior. 3 En México, el 17% de los estudiantes de sexto de primaria, 51% de tercero de secundaria y el 45% de los que terminan nivel educativo, no logran obtener las habilidades y conocimientos requeridos en el área de matemáticas, debido a que apenas son capaces de identificar información, desarrollar procedimientos con instrucciones directas y realizar procedimientos evidentes. 4 Para ayudar a resolver este problema los estudiantes se apoyan en plataformas virtuales como WebCT 5 y Moodle, 6 las cuales consisten en herramientas interactivas para resolver problemas matemáticos las cuales impulsan la participación del estudiante, 7, 8 aplicaciones móviles para fortalecer el razonamiento matemático como “Prueba de lógica” 9 o Sistemas de Tutores Inteligentes (STI). Los STI buscan imitar al tutor humano usando Inteligencia Artificial (IA) con el propósito de reforzar el aprendizaje con base en las necesidades del alumno, 10 cómo se puede observar a continuación, existen diferentes tutores que ayudan a los estudiantes: • ITSB (Intelligent Tutoring System Builder), este tutor abarca las subáreas de álgebra, números reales, exponentes racionales o enteros. 11 • Tutor Cognitivo (TC), el cual es utilizado en 2,500 escuelas de Estados Unidos para que los estudiantes de secundaria aprendan matemáticas. 12 • STI Afectivo, consiste en enseñar a través de las emociones, determinando que métodos utilizar para el aprendizaje de matemáticas en niños de tercer grado de primaria con base en sus conocimientos y expresiones faciales. 13 Sin embargo, aunque las plataformas virtuales o los tutores inteligentes ayuden a los estudiantes a practicar y entender subáreas específicas de las matemáticas, no significa que han logrado mejorar su habilidad de razonamiento lógico-matemático, debido a que no saben cómo ni cuándo utilizar los conceptos aprendidos. 14, 4 El objetivo de esta investigación es desarrollar un Sistema de Inferencia Difuso (FIS, Fuzzy Inference System) para la implementación de un juego serio cuyo objetivo consiste en mejorar el razonamiento lógico-matemático, con los siguientes objetivos específicos: • Analizar y definir las variables y reglas que conforman el FIS. • Diseñar, desarrollar e implementar un FIS para el proceso de evaluación de un juego serio usando el modelo incremental. 56 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. • Comparar los resultados con herramientas para diseños de sistemas difusos y en estudiantes que utilicen el juego serio. Los FIS se utilizan cuando los datos son imprecisos, tomando como base reglas y razonamiento difuso, con el propósito de generar respuestas válidas (similares a un experto) aún cuando la información esté incompleta, 15, 16 por lo que se han aplicado en casos en que se requiere una solución aproximada al ser humano para diferentes áreas con ayuda de métodos matemáticos y computacionales a través de procedimientos estadísticos; 17 se han implementado los FIS incluso en juegos serios, como ReHabGame, que se utiliza para pacientes para mejorar el rendimiento sensoriomotor y aumentar las actividades diarias con niveles de dificultad 18 o Happy Candy, el cual consiste en calificar la capacidad social de niños con trastorno autista, utilizando la lógica difusa para medir en nivel de habilidad social a través de desafíos. 19 El propósito del FIS en esta investigación es determinar si el estudiante avanza, regresa o se queda en el mismo nivel de dificultad con base en su respuestas y tiempo en contestar los problemas (divididos en misiones) que conforman el juego para posteriormente analizar los resultados del sistema a través de dos pruebas contestadas por estudiantes de nivel medio superior. METODOLOGÍA En esta sección se puede apreciar la estructura establecida para el juego serio conocido como “MathLogic-La historia de YuZhen”, así como también el desarrollo y la implementación del FIS divididos en incrementos independientes usando el modelo incremental. Estructura del juego serio En esta subsección se muestra propósito, contenido y composición del juego serio con el objetivo de conocer su estructura. Propósito El propósito del juego serio consiste en ayudar a que los estudiantes de nivel medio superior fortalezcan su razonamiento lógico-matemático usando su ingenio para resolver problemas a través de problemas matemáticos establecidos en distintas situaciones. El juego no aspira a “aprender conceptos” sino a pensar cómo resolver problemas con base en la información proporcionada. Contenido El juego está conformado por tres niveles de dificultad establecidos con ayuda de un grupo de expertos en el área de matemáticas y con el apoyo de la guía titulada “Niveles de dominio en Habilidad matemática”, 20 en la tabla I se puede apreciar la descripción de cada uno de estos niveles. Para las misiones que componen el juego serio se tomó como base el Examen Nacional de Ingreso a la Educación Superior (EXANI-II), 21 como se muestra en la figura 1. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 57 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Tabla I. Niveles de dificultad establecido por el grupo de expertos. Nivel Características 1 (Bajo) Su nivel de razonamiento se caracteriza por lograr resolver problemas utilizando una aplicación de conocimientos y procedimientos lineales expresados de manera directa y clara. 2 (Intermedio) Se caracteriza por tener un nivel de razonamiento en el cual se logran ejecutar múltiples procedimientos, incluyendo decisiones secuenciales. 3 (Alto) Consiste en poseer un nivel de razonamiento, logrando proponer y evaluar soluciones justificando su utilización y entender el lenguaje simbólico, logrando formar modelos y estrategias con base en observación y análisis. Fig. 1. Estructura del razonamiento matemático. Además de los niveles, temas y subtemas, los estudiantes pueden observar los siguientes puntos que conforman el juego: • Un mensaje de cada personaje solamente al entrar por primera vez. • Las misiones que puede realizar. • El número total de intentos en un tema. • El resultado final de cada misión. Composición Aunque la parte principal del juego son los problemas de los diferentes temas de matemáticas, se estableció una temática de un mundo encantado con un estilo de dibujo tipo cel-shaded, con el propósito de que los estudiantes se sientan motivados de ayudar a los personajes, y para lograrlo tienen que completar todas las misiones del tema en el que se encuentra. 58 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. PRIMER INCREMENTO (DESARROLLO DEL FIS) Análisis Para el desarrollo del FIS, se realizó una lista de requerimientos con base en la estructura del juego serio, como se muestra a continuación: • El sistema cuenta con dos variables, las cuales son los aciertos (bajo, medio y alto) y el tiempo (corto, medio y largo). • Cada misión debe estar conformada por cinco preguntas, por lo que los valores de los aciertos se encuentran entre cero y cinco. • El sistema debe predecir si el usuario avanza, retrocede o se queda en el mismo nivel con base en los aciertos y el tiempo de respuesta obtenido por parte del estudiante. DISEÑO Variables difusas Una vez definidos los requerimientos, se determinaron dos variables de entrada, una de salida y tres etiquetas lingüísticas para cada una de las variables, como se muestra en la figura 2. Entrada • Tiempo: duración aproximada para responder el total de los cinco problemas, tomando como base la información de los tiempos mínimos y máximos almacenados en la BD, como se muestra en la figura 2 a), un ejemplo con un tiempo mínimo de 30 segundos y un máximo de seis minutos. • Aciertos: consiste en el número de aciertos generados con base en los cinco problemas de cada nivel, el cual se caracteriza por ser bajo (0 o 1 acierto), medio (dos o tres aciertos) y alto (cuatro o más aciertos), como se puede apreciar en la figura 2 b). Fig. 2. Representación de las variables del FIS. En a) se muestra el tiempo, en b) los aciertos y en c) los niveles. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 59 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Salida • Nivel: resultado que determina el seguimiento del juego, como se muestra en la figura 2 c). Tabla II. Reglas difusas del juego serio. Aciertos Tiempo Corto Medio Largo Bajo Regresa Regresa Regresa Medio Siguiente Mismo Regresa Alto Siguiente Siguiente Mismo Reglas difusas Una vez definidas las variables, se establecieron nueve reglas difusas con base en el tiempo de respuesta y el número de aciertos para cada subtema como se muestra en la tabla II. Fig. 3. Representación gráfica para el desarrollo del COA. Defusificación Para el proceso de defusificación, se utilizó el método del centroide del área (COA) como se puede apreciar en la figura 3. Tomando como base la representación gráfica de la figura 3, se establecieron las ecuaciones para obtener el valor de (1) (3) 60 (2) (4) Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Donde son las ecuaciones para el área del rectángulo, es para el triángulo L o R, así como también x1,x2 son los puntos de las coordenadas del eje x. DESARROLLO Con el propósito de obtener una mejor visualización del proceso del FIS, se definió un diagrama de navegación como se puede observar en la figura 4, en donde se obtiene el resultado de si se regresa, avanza o se queda en el mismo nivel de complejidad con base en los resultados de los cinco problemas contestados y el tiempo invertido total en contestar la misión. Fig. 4. Diagrama de navegación del FIS. Segundo incremento (Implementación del FIS) Una vez desarrollado el FIS se implementó en el juego serio, esto con el propósito de que el estudiante obtenga un resultado con base en el tiempo en contestar y el resultado de sus respuestas para cada una de las misiones del juego. ANÁLISIS En esta etapa se definen los incrementos para la implementación del FIS en el juego serio, como se muestra a continuación: • Al contestar los cinco problemas, estos deben ser evaluados por el FIS con base en sus aciertos y tiempo total. • Se debe tener un tiempo máximo y un tiempo mínimo para contestar el problema, con el objetivo de que el FIS asigne los valores correspondientes usando el proceso de fusificación del tiempo. • Si el resultado del FIS es “Regresa” el estudiante regresa al nivel anterior, deshabilitando el nivel en el que se encontraba y solo puede volver pasando el nivel anterior otra vez (excepto para el nivel uno el cual se encuentra habilitado siempre). • El nivel en el que se encuentra el estudiante no se ve afectado cuando el resultado del FIS es “Mismo”. • Si el resultado es “Siguiente”, se desbloquea el siguiente nivel (excepto para el nivel tres, el cual es el último nivel). Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 61 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. DISEÑO En la figura 5 se puede apreciar la estructura del diagrama entidad relación de la base de datos (BD) del juego serio, conformado por la tabla que contiene la descripción, el tiempo mínimo y máximo de cada problema (Problemas), la ubicación del tema y subtema al que pertenecen (Categoría), sus cuatro opciones de respuesta incluyendo una verdadera y tres falsas (Soluciones), así como también las respuestas y el tiempo que le invirtió el jugador a cada problema (RespJugador) con base en la clave del dispositivo móvil (UUID, Universal Unique Identifier Device). 22 Fig. 5. Diagrama de entidad relación del juego serio. DESARROLLO Para conocer el proceso de evaluación del FIS, se definió un diagrama de navegación como se muestra en la figura 6, en donde los niveles (para todos los subtemas) se habilitan o deshabilitan conforme el resultado. Para la recopilación de la variable tiempo del FIS, se desarrolló un sitio web (el cual contiene todos los problemas que conforma el juego serio) con el propósito de ser contestados por parte de 307 estudiantes del último semestre de nivel medio superior, en donde los alumnos ingresaron al sitio web y respondieron los problemas sólo una vez (con la finalidad de que los tiempos no se vean afectados). Una vez obtenida la información, se dividieron los tiempos en dos listas (dependiendo de si la respuesta del problema se contestó de manera correcta o incorrecta) y se analizaron las listas usando pruebas Grubbs usando un lenguaje de programación con un enfoque al análisis estadístico conocido como R para la detección de valores atípicos, así como también pruebas de t-student para conocer si son consideradas las listas de tiempos contestados de manera incorrecta (con un p-valor menor a 5%), para finalmente ser almacenado en la base los tiempos máximos y mínimos de cada uno de los problemas del juego serio. 62 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Fig. 6. Diagrama de navegación del juego serio. RESULTADOS Como se puede apreciar en la figura 7, se realizó el juego serio basado en la estructura 2.1, en donde se empieza con la página principal (1), la historia del guardián del sol (2), el menú de los temas (3), el menú (4) y la estructura (5) de uno de los temas (razonamiento estadístico y probabilístico), así como también el resultado de una de las misiones (6). Fig. 7. Secuencia del juego serio. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 63 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Resultados Del Desarrollo Del FIS Se realizaron pruebas del FIS y se compararon con los resultados de la biblioteca de control de lógica difusa conocida como Fuzzylite, 23 usando la herramienta qtfuzzylite,24 como se puede apreciar un ejemplo en la figura 8, en donde se muestra un problema definido con un tiempo mínimo de 30 segundos y un máximo de 6 minutos, así como también un tiempo de respuesta total por parte del jugador de 4:34 minutos con tres aciertos. Posteriormente, se dividió el resultado como se muestra en la figura 9, para determinar si se regresa, se queda igual o avanza de nivel con base en el resultado final de la figura 8. Fig. 8. Comportamiento del FIS para un tiempo de 4:34 y tres aciertos. Fig. 9. Resultado dividido usando el método COA. 64 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Al utilizar el método de COA se obtuvo un resultado difuso de 0.2876, lo que significa que su resultado nítido es de “regresa”, por lo que se deshabilita el nivel en el que se encuentra y se pasa al nivel anterior. De manera similar al ejemplo anterior, se realizaron pruebas para distintos casos y se compararon los resultados del sistema difuso desarrollado en código de Javascript, encontrando los siguientes errores: Los valores reales no se convertían a unidad. Tomaba en cuenta el tercer nivel aún cuando el resultado se encontraba solamente entre el primer o segundo nivel. El programa no sabía cómo responder cuando sólo se obtenía un valor para calcular el centroide. No sabía que punto de coordenada tomar cuando había más de dos valores entre dos niveles. Se modificaron los errores encontrados y se realizaron pruebas por segunda ocasión, sin encontrar ningún otro error, por lo que posteriormente se implementó el FIS al juego serio. Resultados de la implementación del FIS al juego serio Una vez implementado el FIS al juego serio, se realizaron pruebas en tres dispositivos (dos celulares inteligentes y una tableta), encontrando los siguientes errores: • Cuando se responden bien todos los problemas, pero en uno se tarda mucho en contestar, se regresa de nivel como resultado. • Cuando se responde bien todos los problemas muy rápido (menos de 1 segundo) se regresa de nivel. • Si se responde bien tres problemas y en uno se contesta de manera incorrecta o se tarda mucho en contestar, se regresa de nivel. • Se encontraron muchas restricciones para avanzar o quedarte en el mismo nivel. Se analizaron los problemas encontrados y se consideró utilizar el FIS de manera individual para cada uno de los cinco problemas de cada misión del juego, por lo que se modificó el diagrama de los aciertos y se ajustaron las reglas difusas, obteniendo seis reglas como se muestra en la tabla III. Tabla III. Reglas difusas para cada problema del juego serio. Aciertos Tiempo Corto Medio Largo Incorrecto Regresa Regresa Regresa Correcto Siguiente Siguiente Mismo Debido a que los cinco problemas se evalúan de manera individual para cada misión, se analizaron y desarrollaron los casos de los posibles resultados (sin Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 65 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. importar el orden de respuesta) como se muestra en la tabla IV, en donde el significado de cada columna se muestra a continuación: • Ri, resultado del FIS para el i-esimo problema, i=1 hasta 5. • Siguiente, número total de veces que el resultado fue “+”. • Igual, número total de veces que el resultado fue “=”. • Regresa, número total de veces que el resultado fue “-”. • Resultado, suma total de los cinco resultados de cada nivel, donde Siguiente, Igual y Regresa obtienen un valor de 1,0 y -1 respectivamente. Tabla IV. Estructura para la evaluación de los cinco problemas de manera independiente para cada nivel. R1 R2 R3 R4 R5 Siguiente Regresa Igual Resultado R e s u l t a d o escrito + + + + + 5 0 0 5 Siguiente + + + + - 4 1 0 3 Siguiente + + + - - 3 2 0 1 Igual + + - - - 2 3 0 -1 Retrocede + - - - - 1 4 0 -3 Retrocede - - - - - 0 5 0 -5 Retrocede + + + + = 4 0 0 4 Siguiente + + + = = 3 0 0 3 Siguiente + + = = = 2 0 0 2 Siguiente + = = = = 1 0 0 1 Igual = = = = = 0 0 0 0 Igual = = = = - 0 1 0 -1 Retrocede = = = - - 0 2 0 -2 Retrocede = = - - - 0 3 0 -3 Retrocede = - - - - 0 4 0 -4 Retrocede + = - - - 1 3 0 -2 Retrocede + = = - - 1 2 0 -1 Retrocede + = = = - 1 1 0 0 Igual + + = = - 2 1 0 1 Igual + + + = - 3 1 0 2 Siguiente + + - - = 2 2 0 0 Igual Como se puede apreciar en la tabla IV, en la última columna (Resultado escrito) se caracteriza por el resultado final de la evaluación de los cinco problemas, por lo que se determinó que cuando el resultado es menor a cero se regresa, si es cero o uno se queda igual y si es mayor o igual a dos avanza de nivel. Con base en las modificaciones realizadas, se reestructuró el diagrama de navegación del FIS, como se muestra en la figura 10, agregando el proceso cuando se responde cada uno de los problemas que conforma una misión y el resultado final del juego serio. 66 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Fig. 10. Diagrama de navegación reestructurado del FIS. Resultados de las pruebas con los estudiantes Para el proceso de evaluación, se obtuvo la participación de 33 estudiantes del último semestre (sexto) de la Escuela Industrial y Preparatoria Técnica Álvaro Obregón Unidad Tres Caminos, en donde se aplicaron dos pruebas (una antes y la otra dos semanas después de instalar y utilizar el juego serio). En total se obtuvieron 8,870 respuestas de los problemas que conforman el juego serio y los resultados de las dos pruebas por parte de los estudiantes, por lo que se separó la información, como se muestra en la tabla V el promedio general y en la tabla VI el promedio que se tardaron en contestar las dos pruebas con base en el tiempo total que utilizaron el juego serio. Tabla V. Resultado de las evaluaciones con base en el tiempo dedicado al juego. Rango tiempo (minutos) # Personas Primera evaluación Segunda evaluación 0 3 66 60 0-30 8 51 55 30-60 6 56 56 60-90 8 52 56 90-120 5 57 67 120-150 2 48 53 150-180 1 47 60 Como se puede observar en la tabla V, el promedio de los estudiantes que utilizaron el juego serio mejoró a diferencia de los que no lo utilizaron (tiempo 0), en donde su promedio general disminuyó de 66 a 60, a excepción de los alumnos que le dedicaron entre 30 a 60 minutos en donde su promedio es el mismo. Como se puede apreciar en la tabla VI, los alumnos que usaron el juego disminuyeron su tiempo de respuesta en los exámenes de 34 a 24 minutos (10 minutos de diferencia) con respecto a los que no la utilizaron en ningún momento con un tiempo de 37 a 26 minutos (11 minutos de diferencia), por lo que los estudiantes que usaron el juego serio no solo respondieron con un menor tiempo, Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 67 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. Tabla VI. Tiempos obtenidos al contestar las evaluaciones con base en el tiempo dedicado al juego. Rango tiempo (minutos) # Personas Primera evaluación Segunda evaluación 0 3 37 26 0-30 8 30 21 30-60 6 30 22 60-90 8 40 25 90-120 5 35 25 120-150 2 41 27 150-180 1 29 26 sino que también mejoraron su promedio para la segunda evaluación, a diferencia de los que no la utilizaron. Asimismo, se analizaron los resultados de los estudiantes que avanzaron en cada uno de los subtemas, como se muestra en la tabla VII, en donde la mayoría de los estudiantes entraron al tema de razonamiento aritmético (jerarquía de operaciones y relaciones de proporcionalidad) seguido por el razonamiento algebraico (expresiones algebraicas y productos notables), para posteriormente finalizar con el razonamiento estadístico y probabilístico (frecuencias e información gráfica). También se observó que conforme el grado de dificultad aumenta, el número de estudiantes que avanzan al siguiente nivel disminuye, lo que significa que, aunque la mayoría de los estudiantes sabe hacer procedimientos lineales de manera directa (pasar al nivel 2) se les dificulta ejecutar múltiples procedimientos (pasar al nivel 3) o incluso formar modelos con base en observación y análisis (completar el nivel 3). Tomando como base la tabla VII, se analizaron las evaluaciones de cuando los alumnos avanzaban por lo menos al siguiente nivel para cualquier subtema como se muestra en la tabla VIII. Tabla VII. Total de estudiantes que avanzaron de nivel. Subtema N i v e l % Nivel N i v e l % Nivel Nivel % Nivel 1 1 2 2 3 3 Jerarquía de operaciones básicas 28 93% 27 90% 14 47% Relaciones de proporcionalidad 24 80% 24 80% 21 70% Expresiones algebraicas 24 80% 16 53% 10 33% Productos notables 20 67% 15 50% 9 30% Ecuaciones 14 47% 10 33% 4 13% Sistemas de ecuaciones 11 37% 10 33% 6 20% Representaciones gráficas 12 40% 8 27% 4 13% Frecuencias e información grafica 21 70% 15 50% 7 23% Medidas descriptivas 14 47% 12 40% 7 23% Nociones de probabilidad 13 43% 10 33% 7 23% 68 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. En la tabla VIII, se puede apreciar que los estudiantes que no avanzaron en ninguno de los subtemas disminuyeron con un promedio general de 63 (primera prueba) a 59 (segunda prueba) en sus evaluaciones, a diferencia de los alumnos que si avanzaron por lo menos al siguiente nivel ya que su promedio mejoró o se quedó igual. Tabla VIII. Promedio de los estudiantes con base en si avanzo de nivel en los subtemas. # subtemas avanzados # Personas % Personas Primera evaluación Segunda e valuación 0 4 12% 63 59 1-2 8 24% 45 52 3-4 5 15% 61 61 5-6 4 12% 57 62 7-8 7 21% 47 57 9-10 5 15% 60 61 Con base en los resultados obtenidos anteriormente, se observó que, de los 33 estudiantes, 15 alumnos que usaron el juego serio mejoraron su promedio con respecto a la segunda prueba, 7 quedaron igual y el resto empeoró ya sea porque no utilizaron el juego, no avanzaron al siguiente nivel de dificultad en ninguno de los subtemas o sólo le dedicaron tiempo a esos subtemas. CONCLUSIÓN Tomando en cuenta los resultados mencionados anteriormente se considera que sí es posible desarrollar un sistema de inferencia difuso para el proceso de evaluación de un juego serio, pero con la modificación de la variable de aciertos, es debido a que si se contempla como se estimó en el FIS original sería complicado avanzar o quedarse en el mismo nivel, por lo que le sería difícil (casi imposible) quedarse o avanzar al siguiente nivel. Se estima que conforme más tiempo le dedican los estudiantes al juego y avanzan a los distintos niveles de los temas, su razonamiento se fortalece, a diferencia de los que no la utilizan. Se encontró que no todos los estudiantes que entran a contestar los problemas de los subtemas avanzan de nivel, como se muestra en la tabla 7, por lo que se considera que el FIS se implementó de manera correcta ya que no siempre se regresan de nivel pero tampoco se avanza de manera directa, así como también en la tabla 8, se puede observar que los estudiantes que lograron avanzar (por lo menos un nivel) si mejoraron en la segunda evaluación a diferencia de los que no la utilizaron o no avanzaron de nivel. AGRADECIMIENTOS Los autores deseamos agradecer a la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) por su apoyo en este proyecto, a los participantes, los expertos en matemáticas y los creadores del juego serio involucrados. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 69 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. REFERENCIAS 1. J. A. Baño Pazmiño, Estrategias metodológicas en el proceso lógicomatemático de los estudiantes (Tesis Maestría), Babahoyo: Universidad Regional Autónoma de los Andes, 2015. 2. M. L. Fernández Arteaga, «Importancia de la comprensión lectora en el abordaje de la primera etapa de resolución de problemas matemáticos con un enfoque crítico,» de I Congreso de Educación Matemática de América Central y El Caribe, Santo Domingo, 2013. 3. OECD, «Programa para la evaluación internacional de alumnos (PISA),» 2018. [En línea]. Available: http://www.oecd.org/pisa/publications/PISA2018_CN_ MEX_Spanish.pdf. [Último acceso: 01 Febrero 2019]. 4. N. Larrazolo, E. Backhoff y F. Tirado, «Habilidades de razonamiento matemático de estudiantes de educación media superior en México.,» Revista mexicana de investigación educativa, vol. 18, nº 59, pp. 1137-1163, 2013. 5. UPR - Recinto Universitario de Mayagüez, «ECOURSES UPRM,» Moodle, [En línea]. Available: https://ecourses.uprm.edu/?time=1472702400. [Último acceso: 12 Septiembre 2016]. 6. moodle, «moodle,» Moodle Project , 2006. [En línea]. Available: https:// moodle.org/. [Último acceso: 07 Septiembre 2016]. 7. R. Criado, R. García Rubio y A. Belén Moreno, «Aprendizaje activo y adquisición y evaluación de competencias matemáticas en un campus virtual.,» Relada - Revista Electrónica de ADA, vol. 4, nº 4, pp. 306-313, 2010. 8. R. I. García López, O. Cuevas Salazar, J. J. Vales García y I. R. Cruz Medina, «Impacto del Programa de Tutoría en el desempeño académico de los alumnos del Instituto Tecnológico de Sonora,» Revista Electrónica de Investigación Educativa, vol. 14, nº 1, pp. 106-121, 2012. 9. DominoSoft, «Prueba de lógica,» GooglePlay, 7 Octubre 2016. [En línea]. Available: https://play.google.com/store/apps/details?id=fr.testsintelligence. [Último acceso: 31 Diciembre 2016]. 10. J. A. Durango Hernández y Y. S. Pascuas Rengifo, «Los sistemas tutores inteligentes y su aplicabilidad en la educación,» Horizontes Pedagógicos, vol. 17, nº 2, pp. 104-116, 2015. 11. N. AbuEloun y S. Abu Naser, «Mathematics intelligent tutoring system,» International Journal of Advanced Scientific Research, vol. 2, nº 1, pp. 11-16, 2017. 12. M. Jiménez Castro, E. Salas Cárdenas, A. Ogan y R. Baker, «Tutor Cognitivo y el incremento de aprendizaje en matemática,» de Conference: XIII Conferencia Interamericana de Educación Matemática, Recife, 2011. 13. M. L. Barrón Estrada, R. Zatarain Cabada y Y. Hernández Pérez, «Tutor Inteligente con reconocimiento y manejo de emociones para Matemáticas,» Revista Electrónica de Investigación Educativa, vol. 16, nº 3, pp. 88-102, 2014. 14. L. Quintero Díaz, Y. Suárez Colorado, G. García Reyes y J. Vanegas Jiménez, «Niveles de pensamiento y resolución de problemas matemáticos en los estudiantes del programa psicología de una universidad pública de Santa Marta 70 Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Desarrollo e implementación de un sistema de inferencia difuso en un juego serio... / Alicia Y. López Sánchez, et al. (Magdalena).,» Duazary (Revista Internacional de Ciencias de la Salud), vol. 9, nº 2, pp. 123-131, 2012. 15. M. D. Arango Serna, C. A. Serna Durán y P. O. Giovanni, «La gestión de indicadores empresariales con lógica difusa para la toma de decisiones,» Lámpsakos, vol. 1, nº 8, pp. 47-53, 2012. 16. S. N. Sivanandam, S. Sumathi y S. N. Deepa, Introduction to fuzzy logic using MATLAB, Berlín: Springer, 2007. 17. H. Lara, C. Rodríguez y C. Mendoza-Buenrostro, «Fuzzy inference system applied to mechanical design of bone tissue engineering scaffolds.,» de 2015 Asia-Pacific Conference on Computer Aided System Engineering, Quito, Ecuador, 2015. 18. S. Sadeghi Esfahlani, S. Cirstea, A. Sanaei y G. Wilson, «An adaptive selforganizing fuzzy logic controller in a serious game for motor impairment rehabilitation,» de 2017 IEEE 26th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Edinburgh, 2017. 19. A. Khabbaz, A. Pouyan, M. Fateh y V. Abolghasemi, «An Adaptive Learning Game for Autistic Children using Reinforcement Learning and Fuzzy Logic,» Journal of AI and Data Mining, vol. 7, nº 2, pp. 321-329, 2019. 20. S. Reyes Lüscher, A. Castillo Núñez, A. Zúñiga Bohigas y R. Llarena de Thierry, Niveles de dominio en Habilidad matemática: La estrategia de evaluación de ENLACE Media Superior Marcos de referencia 5, Ciudad de México: Centro Nacional de Evaluación para la Educación Superior (CENEVAL), 2012. 21. OECD, «PISA 2015 R,» 2018. [En línea]. Available: https://www.oecd.org/ pisa/pisa-2015-results-in-focus.pdf. [Último acceso: 15 Abril 2018]. 22. Apache, «cordova-plugin-device,» The Apache Software Foundation, 2012. [En línea]. Available: https://cordova.apache.org/docs/en/9.x/reference/ cordova-plugin-device/#deviceuuid. [Último acceso: 2 Mayo 2019]. 23. J. Rada-Vilela, «The FuzzyLite Libraries for Fuzzy Logic Control,» FuzzyLite Limited. , 2010. [En línea]. Available: https://fuzzylite.com/. [Último acceso: 15 Abril 2019]. 24. J. Rada-Vilela, «fuzzylite a fuzzy logic control library in C++,» 2013. [En línea]. Available: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid= 78334DA61C0932F4242EAFA539C97CC6?doi=10.1.1.700.850&rep=rep1 &type=pdf. [Último acceso: 15 Abril 2019]. 25. S. Vandercruysse, J. ter Vrugte, T. de Jong, P. Wouters, H. van Oostendorp, L. Verschaffel, W. Van Dooren y J. Elen, «“Zeldenrust”: A Mathematical Game-Based learning environment for prevocational students,» Describing and Studying Domain-Specific Serious Games, pp. 63-81, 2015. 26. D. Michael y S. Chen, Serious Games: games that educate, train and inform, Boston: Thomson, 2006. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 71 �Colaboradores Angster, Judit Es física y trabaja en el IBP del Instituto Fraunhofer de Física de la Construcción en Stuttgart, Alemania, desde 1992. Fue fundadora y directora del Grupo de Investigación de Acústica Musical/Fotoacústica. Imparte clases de acústica en la Universidad de Stuttgart y la Universidad Estatal de Música y Artes Escénicas de Stuttgart. . Ella viene de la conocida familia constructora de órganos Angster. Dávila Vázquez, Jimena Fernanda Profesional Técnico Bilingüe Progresivo en Mantenimiento Aeronáutico (2015) y estudiante de la carrera Ingeniero en Electrónica y Automatización en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Actualmente trabaja en Automatización en Schneider Electric. Espinosa Roa, Arián Licenciado en Química por la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Centro de Investigaciones Químicas (2006) y doctor en química organometálica por la misma institución (2013). Actualmente es investigador catedrático CONACYT, adscrito al Centro de Investigación en Química Aplicada Unidad Monterrey. Es miembro del sistema nacional de Investigadores Nivel I. Garza Navarro, Marco Antonio Ingeniero Mecánico Electricista (2004), M.C. en Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales (2006) y Doctorado en Ingeniería de Materiales (2009) por la FIME-UANL. Premio de Investigación UANL-2009, Nivel I en el SNI. Actualmente es Profesor Investigador de la FIME-UANL. 72 González González, Virgilio Ángel Químico Industrial con Maestría en Química Orgánica por la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL y Doctorado en Ingeniería de Materiales otorgado por la FIME-UANL. Ha sido investigador científico en el campo de los polímeros desde 1975. Es miembro del SNI nivel II. Es profesor de tiempo completo de la FIME desde 1998. González Juárez, Edgar Químico egresado de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM). Realizó sus estudios de maestría y doctorado en el Centro de Investigación en Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CIICAp) de la UAEM. Es doctor en Ingeniería y Ciencias Aplicadas en el área de Materiales. Actualmente es profesor de Tiempo Parcial en la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel C González Lara, Aída Lucina Profesora investigadora en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Es Doctora en Ingeniería con orientación en Tecnologías de la Información, miembro del SNI en el nivel candidato. Recibió el “Reconocimiento al Mérito Académico ANFEI 2019”. Es Coordinadora Académica de la Maestría en Ingeniería con orientación en Tecnologías de la Información. Guerra Torres, César Profesor adscrito en el doctorado de T. I, Profesor en las asignaturas de Inteligencia Artificial, Control Inteligente y Diseño de Mecanismos, Secretario de Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Colaboradores Infraestructura de T. I., Desarrollador en Iot y M2M. Guzmán Lembo, Allison Estudiante de la carrera Ingeniero en Electrónica y Automatización en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. López Sánchez, Alicia Yesenia Profesora de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Doctora en Ingeniería con orientación en Tecnologías de la Información. Martín Várguez, Pedro Edmundo Licenciado en Química Industrial por la Universidad Autónoma de Yucatán, Maestro en Ciencias en Materiales por la FIME-UANL. Doctorante del Programa de Ingeniería de Materiales en la FIME. Martínez Reyna, Jonathan Estudiante de la carrera Ingeniero en Electrónica y Automatización en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Mayorga Alvarado, Carlos Daniel Profesional Técnico Bachiller en Electromecánica Industrial (2015) y actualmente estudiante de la carrera Ingeniero en Electrónica y Automatización en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Miklós, András Es un físico cuyos principales intereses son la fotoacústica, la acústica musical y la acústica teórica y de estado sólido. Fue científico senior en la Universidad de Heidelberg, Heidelberg, Alemania. Ha sido director del Steinbeis Transfer Center Applied Acústica en Stuttgart, Alemania, desde 2003. Desde 1986, ha realizado investigaciones de órganos de tubos con Judit Angster. Rucz, Péter Es ingeniero electricista cuyos principales intereses son la acústica musical y numérica y el procesamiento de señales digitales. Obtuvo su diploma (MS) y su doctorado en ingeniería eléctrica en la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest, Hungría. Es investigador en el Laboratorio de Acoustics y Studio Technologies de la misma universidad. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 Rodríguez Liñán, Juan Ángel Ingeniero en Electrónica y Comunicaciones (2003), Maestro en Ciencias de Ingeniería Eléctrica con especialidad en Control (2005) y Doctor en Ingeniería Eléctrica (2009) por la FIME, UANL. Pertenece al Cuerpo Académico Tecnología e Innovación Mecatrónica. Es profesor en el Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Ingeniería y Tecnología. Obtuvo el Premio de Investigación UANL 2009. Desde 2011 fue reconocido por PRODEP y SNI. Santiago Mustafat Ana Itzel Ingeniero en Nanotecnología por el Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica (ITSPR) (2019). Es estudiante de la Maestría en Ciencias con orientación en química de los materiales de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Sánchez Cervantes, Eduardo M. Licenciado en Cencias químicas por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (1987) y doctor en química del estado sólido por la Universidad Estatal de Arizona (1994). Es profesor de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Pertenece a la Academia Mexicana de Ciencias y a las Sociedades Mexicanas de Electroquímica y de los Materiales. Miembro del SNI, nivel 3. Torres Castro, Alejandro Ingeniero Mecánico, Maestro en Ciencias y Doctorado en Ingeniería de Materiales por la FIMEUANL. Posdoctorado en University of Texas at Austin, USA. Actualmente es profesor investigador en la FIME. Nivel II en el SNI. Torres Treviño, Luis M. Obtuvo la Licenciatura en Electrónica con especialidad en sistemas digitales en la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (1997), cursó una Maestría en Ingeniería Eléctrica por la Facultad de Ingeniería en la misma universidad (1998). Obtuvo el grado de Doctor en Inteligencia Artificial en el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey campus Monterrey (2004). Es profesor de tiempo completo en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la Universidad Autónoma de Nuevo León. 73 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, exactitud de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. Las contribuciones sobre modelación y simulación deben estar científicamente dentro del propio trabajo. Los trabajos con base en encuestas de opinión o entrevistas describiendo su impacto social, especialmente en áreas relacionadas con la ingeniería, deberán incluir la metodología y aspectos estadísticos tanto para su diseño como para el análisis de las mediciones y resultados, así como la validación de las correlaciones que pudieran presentarse. 74 No se consideran para publicación protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, por e-mail a la dirección: revistaingenierias@uanl.mx El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 15 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, primer piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 E-mail: revistaingenierias@uanl.mx Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �Código de ética Autores Los autores deben presentar una narración concisa y exacta del trabajo desarrollado, así como una discusión objetiva de su significado intelectual y científico. Los autores deben incluir a los coautores que hayan cambiado de afiliación durante el proceso de preparación y publicación del documento y que cumplieron con el criterio de coautoría, señalando el evento en una nota. Los autores deben incluir en su manuscrito detalles suficientes y referencias a fuentes de información públicas para hacer posible la reproducción del trabajo por terceros. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo de las instituciones y organismos que hayan contribuido significativamente al desarrollo del trabajo, así como a colaboradores que hayan contribuido de manera importante, incluyendo a fallecidos o a quienes hayan cambiado de afiliación, pero sin que hayan llegado a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera. Los autores deben abstenerse de presentar críticas personales en sus trabajos. Los autores deben abstenerse de utilizar nombres ficticios o seudónimos. Los autores deben citar aquellas publicaciones que son antecedentes esenciales para comprender el trabajo. Los autores deben responsabilizarse del material que presentan en su manuscrito. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido mediante comunicación privada que no se localice en publicaciones. Revisores Los autores deben abstenerse de ofrecer manuscritos que se encuentren en consideración por otras publicaciones. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido de manera confidencial sin el permiso explícito correspondiente. Los autores deben abstenerse de incluir información obtenida en el proceso de servicios confidenciales, tales como documentación para concursos o solicitudes de becas. Los autores deben abstenerse de citar publicaciones que no se relacionen o que sólo se relacionen remotamente con la materia. Los autores deben abstenerse de incluir como autores a terceros que no cumplan con el criterio de coautoría, el cual consiste en su contribución significativa al desarrollo y preparación del trabajo. Los autores deben incluir a los coautores fallecidos que cumplan con el criterio de coautoría, asentando la fecha de su muerte. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 Los revisores deben declinar cualquier invitación para evaluar un manuscrito si no se consideran calificados, carecen de tiempo para juzgar o se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los revisores deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los revisores deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los revisores deben abstenerse de expresar críticas personales. Los revisores deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los revisores deben abstenerse de utilizar o difundir información, argumentos o interpretaciones no publicadas 75 �Código de ética contenidas en un manuscrito bajo consideración, excepto con el consentimiento expreso de los autores posteriormente al proceso de evaluación. Los revisores deben considerar en su revisión posibles errores o fallas de los autores al citar el trabajo relevante de otros. Los revisores deben informar al editor si encontraran alguna semejanza substancial entre el manuscrito y cualquier otro trabajo. Los revisores no deberán intentar contactar a los autores, si hubieran inferido su identidad, previamente a haber emitido su fallo. El editor debe delegar en los miembros del consejo editorial o comité técnico la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación en casos en que se presente conflicto de interés con él. El editor debe delegar la responsabilidad y autoridad editorial a alguno de los miembros de los consejos editoriales cuando él sea autor o coautor de un manuscrito que se somete a consideración de la revista. Cuerpo Editorial (Consejos Editoriales y Comité Técnico) Editor Los miembros del cuerpo editorial deberán estar dispuestos a otorgar consejo al editor en las situaciones requeridas. El editor debe dar consideración justa e imparcial a todos los manuscritos ofrecidos para su publicación, juzgando cada uno de sus méritos científicos o tecnológicos, sin prejuicios de raza, género, religión, creencia, origen étnico, ciudadanía, filosofía o política de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben declinar cualquier invitación para brindar consejo si se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente con los autores o con el trabajo a evaluar. El editor debe considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los miembros del cuerpo editorial deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. El editor debe abstenerse de expresar crítica personal. Los miembros del cuerpo editorial deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. El editor debe explicar y apoyar su juicio final para que los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de expresar críticas personales. El editor debe abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando cuente con el permiso de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. El editor deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a ninguna persona fuera de aquellos a los que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando se cuente con el permiso de los autores. El editor debe respetar la independencia intelectual de los autores. El editor debe procesar los manuscritos con diligencia. El editor debe ejercer su responsabilidad y la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación. 76 Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a cualquier persona fuera de aquellos que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deberán respetar la independencia intelectual de los autores. Ingenierías, Enero-Junio 2021, Vol. 24, No. 90 �� Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2021 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 24 Número Número de la revista 90 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2021, Año 24, No 90, Enero-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2021 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021125 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Acústica en órganos tubulares Celdas solares Metlab Perovskita Razonamiento lógico-matemático Redes neuronales https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21023/Ingenierias_2021_Ano_24_No_91_Julio-Diciembre.pdf 87e554eba3fbb21b4f15698dbd578c98 PDF Text Text �91 Contenido Julio-Diciembre de 2021, Volumen 24, No. 91 3 Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines José Antonio De la O Serna 22 Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada de núcleo singular Ernesto Zambrano-Serrano, Miguel A. Platas-Garza, Alejandro E. Loya-Cabrera, Guadalupe E. Cedillo-Garza, Cornelio Posadas-Castillo 33 Explorando el océano a través de paisajes sonoros Jennifer L. Miksis-Olds, Bruce Martin, Peter L. Tyack 49 Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas Javier Ramón Sotomayor-Castellanos, Israel Macedo-Alquicira, Eduardo Mendoza-González 63 Colaboradores 65 Información para colaboradores 66 Código de ética Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 90 � �DIRECTORIO Ingenierías, Volumen 24, N° 91, julio- diciembre 2021. Es una publicación semestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Domicilio de la Publicación: Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66450. Teléfono: +52 (81) 83294020 Ext. 5854, Fax +52 81 83320904. Editor responsable: Dr. Juan Antonio Aguilar Garib. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2011-101411064600-102, ISSN: 1405-0676. Número de certificado de licitud de título y contenido: 15,525, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: En trámite. Impresa por: Desarrollo Litográfico S.A. de C.V., M. M. del Llano 924 Ote., Centro, Monterrey, Nuevo León, México, C.P. 64000. Fecha de terminación de impresión: 15 de julio de 2021. Tiraje: 800 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Pedro de Alba S/N, Edificio 7, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México, C.P. 66455. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2021 revistaingenierias@uanl.mx UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN Mtro. Rogelio G. Garza Rivera Rector Dr. Santos Guzmán López Secretario General Mtra. Emilia Edith Vásquez Farías Secretario Académico Dr. Celso José Garza Acuña Secretario de Extensión y Cultura Lic. Antonio Ramos Revillas Director de Editorial Universitaria FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA Dr. Arnulfo Treviño Cubero Director Dr. Juan Antonio Aguilar Garib Editor responsable M.C. Cyntia Ocañas Galván Dr. Jesús G. Puente Córdova Redacción Gregoria Torres Garay Tipografía y formación Ing. Cosme D. Cavazos Martínez Webmaster René de la Fuente Franco Impresor CONSEJO EDITORIAL INTERNACIONAL Dr. Mauricio Cabrera Ríos, Puerto Rico. UPRM / Dra. Ruth Kiminami, Brasil. UFSC, San Pablo / Dr. Juan Jorge Martínez Vega, Francia. Universidad de Toulouse III / Dr. Juan Miguel Sánchez, USA. UT-Austin / Dr. Zarel Valdez Nava, Francia. UPS-INPT-LAPLACE-CNRS. CONSEJO EDITORIAL MÉXICO Dr. Benjamín Limón Rodríguez, FIC-UANL / Dr. José Rubén Morones Ibarra, FCFM-UANL / Dr. Ubaldo Ortiz Méndez, FIME-UANL / Dr. Félix Sánchez De Jesús, ICBI-UAEH / Dr. Ernesto Vázquez Martínez, FIME-UANL. COMITÉ TÉCNICO Dr. Efraín Alcorta García, FIME-UANL / Dr. Rafael Colás Ortiz, FIME-UANL / Dr. Jesús De León Morales, FIME-UANL / Dr. Virgilio Ángel González González, FIME-UANL / Dr. Carlos Alberto Guerrero Salazar, FIME-UANL / Dra. Oxana Vasilievna Karissova, FCFM-UANL / Dr. Francisco Eugenio López Guerrero, FIME-UANL / Dr. Martín Edgar Reyes Melo, FIME-UANL / Dr. Roger Z. Ríos Mercado, FIME-UANL / Dr. Juan Ángel Rodríguez Liñán, FIME-UANL. � Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines José Antonio De la O Serna Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica jose.delaosr@uanl.edu.mx A B RESUMEN Los splines son esenciales en procesamiento de señales. No solamente se usan en el muestreo e interpolación de señales, sino también en el diseño de filtros, en procesamiento de imágenes, y el análisis multiresolución. Aquí presentamos una nueva clase de splines. Se les llama O-splines porque sus nodos están separados por un ciclo fundamental. Se usan como muestreadores de estados óptimos, en el sentido de que sus coeficientes ofrecen en cada instante de tiempo las derivadas del segmento de señal que aseguran la mejor aproximación de Taylor alrededor de un punto, o la mejor interpolación de Hermite entre dos puntos. Los O-splines corresponden a la respuesta impulsional de los filtros de la Transformada de Tiempo Discreto de Taylor-Fourier (DTTFT). Los pasabajas coinciden con los núcleos centrales de interpolación de Lagrange, los cuáles convergen a la función Seno Cardenal, respuesta impulsional del filtro ideal. Y sus derivadas convergen a su vez a los diferenciadores ideales pasabajas. Los O-splines pasabanda son splines armónicos, pues son simples modulaciones de un pasabajas en cada frecuencia armónica. En este artículo se presenta la solución en forma cerrada de los O-splines pasabajas. Con ella se reduce enormemente la complejidad computacional de la DTTFT y se pueden obtener O-splines de orden elevado. Con ellos se pueden diseñar filtros pasabanda muy cercanos al ideal, en cualquier frecuencia. Los O-splines definen una escalera de espacios muy útiles para el análisis multiresolución, y el análisis tiempo-frecuencia. El artículo ilustra algunos ejemplos de diversa naturaleza. Por supuesto que una nueva familia de onduletas obtenidas a partir de los O-splines está en camino. PALABRAS CLAVE Splines cardenales, núcleo de interpolación central de Lagrange, Transformada de tiempo discreto Taylor-Fourier, señales oscilatorias, oscilaciones de potencia, análisis tiempo-frecuencia, análisis multiresolución, compresión de datos. ABSTRACT Splines are at the essence of signal processing. Not only in sampling and interpolation, but also in filter design, image processing, and multi-resolution analysis. A new class of splines is presented here. They are referred to as Osplines since their knots are separated by one fundamental cycle. They are used as optimal state samplers, in the sense that their coefficients provide the Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 � �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna derivatives for the best Taylor approximation to a given signal about a time instance or the best Hermite interpolation between two of them. They are the impulse response of the filters of the Discrete-Time Taylor-Fourier Transform (DTTFT) filter bank. Lowpass O-spline coincides with the Lagrange central interpolation kernel, which converges towards the ideal Sinc function. It comes with its derivatives which in turn converge to the ideal lowpass differentiator. The bandpass O-splines are harmonic splines since they are modulations of the former kernel at harmonic frequencies. In closed-form, they reduce the computational complexity of the DTTFT and can be used to design ideal bandpass filters at a particular frequency. By increasing the order they define a ladder of spaces very useful for multi-resolution and time-frequency analysis. Examples are provided at the end of the paper. Naturally, a new family of wavelets is coming soon from these splines. KEYWORDS Cardinal splines, central Lagrange interpolation kernel, Taylor-Fourier discrete time transform, oscillatory signals, power oscillations, time-frequency analysis, multi-resolution analysis, data compression. INTRODUCCIÓN Los splines1, 2 están no solamente en la base de las operaciones del procesamiento de señales, tales como el muestreo y la interpolación, sino también en el diseño de filtros,3 el procesamiento de imágenes,4 y el análisis multi-resolución.5 Ellos se han aplicado igualmente en el diseño asistido por computadora, en computación gráfica para dibujar curvas suaves con curvatura mínima, y para reproducir modelos gráficos y representación de superficies. Los splines más conocidos en procesamiento de señales son los B-splines.6-7 Lo B-splines de orden m son continuos hasta la derivada m - 1. Esta propiedad garantiza juntas continuas. Tienen soporte compacto, pero no son spline cardenales. Sin embargo, ellos se encuentran en la base del marco matemático para el diseño de los splines cardenales de interpolación modernos, tales como los llamados B-splines exponenciales, o E-splines,8, 9 o combinaciones lineales de ellos. En esta investigación se obtuvo una nueva clase de splines. Los O-splines fueron obtenidos numéricamente en10 para analizar señales oscilatorias de sistemas de potencia. También han sido usados para analizar electro-encefalogramas.11 Pero aquí se obtienen en forma cerrada para diseñar filtros pasa-banda y reducir la carga computacional en el análisis de señales de banda limitada. Los O-splines son las respuestas impulsionales del banco de filtros de la transformada de tiempo discreto Taylor-Fourier (DTTFT).10 Ellos son las funciones duales de las del modelo de señal Taylor-Fourier, el cual no es más que la extensión de Taylor de la transformada de Fourier discreta (DFT), en el cual los coeficientes de Fourier se extienden a polinomios de Taylor. Se llaman O-splines porque sus segmentos son cíclicos, es decir sus nudos se separan en intervalos de un ciclo fundamental, y porque ofrecen coeficientes óptimos para la representación de las señales en el subespacio Taylor-Fourier. Los O-splines en forma cerrada se obtienen mediante la factorización del � Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna modelo de señal DTTFT en dos operadores: uno para los términos de Taylor, y el otro con las exponenciales complejas de Fourier en las frecuencias armónicas. En esta descomposición, los O-splines y sus derivadas se encuentran en los vectores de la matriz dual del operador de Taylor, y los O-splines pasabanda son simple modulaciones a las frecuencias armónicas de la matriz de Fourier. Los O-splines pasabajas resultan ser los kernels de interpolación central de Lagrange, los cuáles son de soporte compacto y convergen a la función Seno Cardenal Sinc cuando el orden tiende a infinito.12 En consecuencia su respuesta en frecuencia converge a la del filtro pasabajas ideal, y las de sus derivadas a las respuestas en frecuencia de los diferenciadores ideales. Como los O-splines operan en la etapa de análisis en la matriz dual, 13 funcionan como muestreadores de estados de la señal, es decir en cada instante de tiempo ofrecen muestras de la señal y de sus primeras derivadas, ofreciendo los coeficientes óptimos para la mejor aproximación de Taylor a la señal en la ecuación de síntesis. Esta es una diferencia importante con respecto a la mayoría de los splines, cuya literatura se consagra a su rendimiento como interpoladores.14 Esta característica distingue este trabajo de investigación de los encontrados en la literatura. Los trabajos más recientes de splines cardenales de interpolación son sobre los splines de muchos nódulos MK-splines.15 Éstos son filtros FIR simétricos con muestras en cada mitad de intervalo y obtenidos por combinaciones lineales de Bsplines del mismo orden. Tienen dos trozos polinomiales por intervalo unitario con el doble de nudos (de ahí su nombre). Aun cuando MK- y O-splines tienen soporte compacto, los O-splines no tienen nada que ver con los B-splines. Su cardenalidad resulta directamente en el operador adjunto de la expansión Taylor-Fourier. En consecuencia, los O-splines son aplicados como operadores de muestreo, operación inversa a la de interpolación. Ellos obtienen los mejores coeficientes Taylor-Fourier, con significado físico de posición, velocidad y aceleración de la señal. Al estar en la base dual de un sistema biortogonal, establecen un proceso híbrido de análisis-síntesis. Estas son las principales distinciones de los O-splines, que los hacen únicos, óptimos, útiles, efectivos y eficaces. Recientemente, los MK-splines fueron generalizados a los GMK-splines,16 una familia de splines obtenidos mediante la relajación a racionales de la mitad de intervalo de los MK. Aun cuando esta relajación produce algunos filtros con ganancias de paso no-planas, y otros con soporte fraccionario (no entero), los GMK splines de orden n tienen continuidad de orden n-1. El modelo de señal DTTFT se concibió como una extensión del tradicional concepto de fasor (coeficiente de Fourier) al de fasor dinámico para capturar oscilaciones con mejor exactitud. Este modelo extendido corresponde al de señales en el donde F1 is la frecuencia fundamental, y N es el número de armónicas dentro de la banda delimitada por la frecuencia de muestreo. Esto corresponde al emphspan del conjunto de polos con multiplicidad K+1 en las N frecuencias armónicas.9 Bajo este aspecto, los O-splines son splines exponenciales con argumentos imaginarios, o splines de Fourier y cumplen con las propiedades y teoremas de los B-exponenciales en.8 La ecuación de síntesis de la DTTFT interpola un polinomio de Taylor del Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 � �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna orden del spline, sobre el intervalo del spline, pero con las derivadas estimadas también es posible hacer una interpolación de Hermite entre dos estados cíclicos consecutivos. El muestreador de estados dotado con un interpolador de Hermite ofrece un algoritmo de compresión óptima de señales oscilatorias y reduce el costo computacional con un error suficientemente pequeño controlado por el orden de los O-splines a la entrada y el grado del spline de Hermite a la salida. En lo que sigue, el modelo de señal DTTFT se presenta en la Sección II. Los O-splines pasabajas se obtienen en forma cerrada en la Sección III, junto con sus derivadas y sus respuestas en frecuencia. Enseguida, los O-splines armónicos se establecen en la Sección mbox III-D mbox . Como resultados IV se usan los O-splines para analizar y reconstruir una senoidal, para eliminar el ruido de una oscilación de frecuencia variable de un sistema real de potencia,17, 18 y para separar los modos de oscilación de una forma de onda de presión sanguínea de un paciente.19 Finalmente se presentan las conclusiones del artículo. TRANSFORMADA DE TIEMPO DISCRETO TAYLOR-FOURIER Los O-splines de la DTTFT O-splines fueron presentados en10 en forma matricial. En el presente artículo se obtienen en forma cerrada. Esta formulación reduce la complejidad computacional y ofrece una secuencia de funciones cuyos espectros convergen al del filtro pasabajas ideal. El modelo de señal Taylor-Fourier se obtiene relajando los coeficientes de Fourier a funciones temporales polinomiales de la forma, las cuales portan la envolvente compleja de cada frecuencia armónica h. Así, el modelo de señal extendido se expresa de la siguiente forma: (1) en donde F1 es la frecuencia fundamental en Hz, T1 es el período segundos, y C es el númbero de ciclos. De esta forma, las armónicas se convierten en señales de banda angosta.20 La envolvente compleja ξh(t) en cada frecuencia armónica es entonces aproximada por el mejor polinomio de Taylor de grado K: (2) en el sentido óptimo de mínimos cuadrados (LMS), en cada intervalo de observación de C ciclos, y centrado en el instante t0. Al tomar N muestras por período fundamental, la ecuación de síntesis del subespacio DTTFT puede escribirse de (1) y (2) como sigue: (3) donde la matriz Φ (K+1) N×(K+1) N contiene los vectores de la base vectorial del subespacio, y los subvectores contienen las derivadas de los fasores dinámicos de cada armónica ξN(h) en (2). La submatriz WN N × N es la matriz de Fourier de la transformada de Fourier Discreta (DFT) con columnas armónicas Y finalmente la matriz diagonal � Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna T (K+1)N × (K+1)N contiene las muestras del primer término de Taylor en el intervalo de C=K+1 ciclos fundamentales. Ver10 para más detalles de esta formulación. Note en (3) que aumentando el orden de Taylor por uno, el tamaño del modelo aumenta por N, ya que cada término de Taylor afecta al conjunto de armónicas, y por tanto se requiere otro ciclo fundamental de datos al fondo dela matriz Φ. Note también que las matrices diagonales de Taylor (y sus potencias), operan productos Hadamard de los segmentos cíclicos en sus diagonales con las columnas de las matrices WN. En,10 se demostró que la matriz Φ puede factorizarse en dos: (4) Esta factorización es posible gracias a que las columnas de WN contienen un período fundamental. Las submatrices diagonales Yc, c = 1,2,…,C, N×N, contienen muestras de segmentos cíclicos consecutivos de la matriz de Taylor T in (3). El producto Hadamard en (3) se obtiene en (4) bloque por bloque, de cada columna de submatrices en ϒ, con las submatrices WN en la diagonal de Ω, reconstruyendo las submatrices verticales de (3). La siguiente ecuaicón ofrece los mejores coeficientes (Least Mean Squares, LMS) de la proyección de x sobre el subespacio Taylor-Fourier: (5) en la cual es la matriz dual de Φ, dada por 21 (6) Y con Φ = ϒΩ en (4), se tiene: (7) lo que indica que las columnas de son modulaciones a las frecuencias armónicas de las columnas de submatrices diagonales en es decir, las columnas de submatrices diagonales en contienen las envolventes comunes (el O-spline y sus derivadas) de cada frecuencia armónica en WN. Ya que ϒ es una matriz cuadrada invertible, su dual es simplemente la transpuesta de su inversa: (8) la cual es simplemente la matriz de cofactores Adj(ϒ) dividida por el determinante de ϒ. La multiplicación de submatrices diagonales en el operador de Taylor ϒ produce el producto punto a punto de sus diagonales. En consecuencia, ϒ se puede compactar en una matriz C×C sustituyendo cada submatriz por el k-ésimo término de Taylor como una función de tiempo evaluada en su correspondiente iésimo segmento. Así se puede obtener fácilmente la inversa de esa matriz compacta ya que esas funciones actúan como cofactores en la inversión. En la siguiente sección se obtienen en forma cerrada los O-splines pasabajas de orden K y sus primeras derivadas de el numerador en (7) cuando cada T Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 � �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna submatriz WN en Ω se reduce a su primer vector columna de unos. Se denota con 0 la submatriz resultante, ya que esa operación convierte las diagonales en cada renglón de en un vector que concatena dichas diagonales en un polinomio a trozos, es decir, en un spline. Las diagonales en las submatrices del primer renglón ofrecen el O-spline pasabajas, y las de los renglones subsecuentes en sus primeras derivadas. Los O-splines armónicos o pasabanda serán simplemente modulaciones de los pasabajas en cada frecuencia armónica. O-SPLINES PASABAJAS EN FORMA CERRADA En las siguientes subsecciones se obtienen los O-splines pasabajas y sus primeras derivadas en 0 mediante la solución en forma cerrada de la matriz inversa de ϒ en (8) y concatenando los pedazos polinomios de cada vector de 0. Para K=0, se tiene: y por tanto es ortogonal y el O-spline es el pulso rectangular. El sistema (9) Para y t2 = t[0,T1)= t1+T1, tenemos (10) con |Φ0(1)| = t2 - t1 = T1. Entonces se tiene: (11) donde un es el tiempo normalizado u=tn∕T1. Sus columnas forman el pulso rectangular: (12) y la onduleta de Haar: Para K=2, tenemos (13) con En este caso y (14) Note en (11) y (14), que es suficiente con calcluar la primera columna de la matriz dual, ya que las siguientes son el negativo de la derivada de la precedente escalada por factores constantes. De hecho, como el primer vector columna es simétrico, solamente se requiere su primera mitad para obtener todos los vectores restantes. De (13) se puede ver que Φ0(K) es una matriz de Vandermonde con columnas escaladas. En el Apéndice A se comprueba que su determinante es � Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Finalmente, para Su primera columna es: (15) y las siguientes son : En general, el polinomio del c-ésimo intervalo de tiempo de izquierda a derecha del O-spline pasabajas de orden K es dado por (16) en donde la constante Dc garantiza valor unitario en u = 0 en cada polinomio. Se puede reconocer que el conjunto de polinomios en (16) coincide con el conjunto de pwolinomios de Lagrange de orden K que interpolan una secuencia Dirac Kronecker en ventanas temporales de tamaño K conteniendo su valor unitario central. Cada O-spline es revestido con una pieza de cada uno de esos polinomios, formando el K-ésimo kernel de interpolación central de Lagrange.12 La forma factorial en (16) permite el cálculo de cualquier O-spline, pieza por pieza, evitando el problema de singularidad encontrado en la inversión numérica de la matriz del operador de Taylor en (8) cuando T1 es pequeño para cualquier orden En12,22 y 23 se demuestra que cualquier pedazo del kernel de interpolación central de Lagrange converge al pedazo correspondiente de la función Sinc cuando Fig. 1. O-splines pasabajas de orden impar y sus espectros abajo. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 � �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Fig. 2. O-splines pasabajas pares y sus espectros abajo. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LOS O-SPLINES El gráfico superior en la figura 1 ilustra algunos O-splines de orden impar, junto con la función Sinc (K →∞), y en la inferior sus espectros correspondientes. Como se puede ver, los O-splines forman respuestas impulsionales de filtros FIR que convergen al filtro ideal pasabajas. Cada trozo polinomial se aproxima al lóbulo correspondiente de la función Sinc. Sus respuestas en frecuencia tienen una ganancia pasabanda monotónica y la banda de paro tiene pequeños rizos, y en ese sentido son similares a las de los filtros IIR de Chebyshev tipo II. Los O-splines de orden par también convergen a la función Sinc pero con discontinuidades en los extremos de los trozos polinomiales, las cuáles producen rizos más altos en la banda de paro, como puede verse en los gráficos correspondientes de la figura 2. La figura 3 muestra los espectros en dB de los O-splines impares de la gráfica al fondo de la figura 1, para evaluar su rendimiento en análisis armónico. Para K = 200, la aproximación al filtro ideal es remarcable, ya que el primer lóbulo latera está en -47dB, y las ganancias de paro a -326dB, y para K = 9 están en -34 dB y -350dB, respectivamente. Fig. 3. Espectros en dB de los O-splines pasabajas de orden impar. 10 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Finalmente, en la figura 4 se comparan los MK-splines cuadrático y cúbico con los O-splines de mismo soporte, el cúbico y quíntico. Se nota que ambos tipos tienen pasabanda plana, con la más ancha para el O-spline quíntico. El primer lóbulo lateral de los MK está a -32 y -42 dB, mientras que los de los O se encuentra a -30 y -31.5 dB, respectivamente. Sin embargo, los MK-splines no tienen bandas de paro máximamente lisas en las armónicas, mientras que los Osplines si las tienen. Medidas en la primera armónica las ganancias de los MKs son de -60 y -64 dB y de -223 y -322 dB para los O-splines, respectivamente. Esta profesión es crucial en análisis armónico. Fig. 4. MK-splines cuadrático y cúbico, comparados con el cubico y quíntico O-spline. O-SPLINE PASABAJAS Y SUS DERIVADAS Para un orden dado, la matriz dual contiene no solamente el O-spline pasabajas, sino también sus primeras derivadas. La figura 5 muestra en el primer renglón los primeros cuatro O-splines y sus derivadas en las columnas correspondientes en orden creciente hacia abajo. Al usar un conjunto vertical como respuestas impulsionales de un banco de filtros, éste ejecuta un muestreo (o remuestreo) de estados de la señal. Note que las derivadas sucesivas de un O-spline son combinaciones lineales de traslaciones sucesivas de los O-splines precedentes, formando una escalera de subespacios de los órdenes anteriores. La última derivada de la diagonal constituye el subespacio del orden más bajo V 0, generado con traslaciones de φ0(0)(t), los elementos de la primera supradiagonal están en el subespacio de primer orden V 1, el subespacio de funciones a trozos lineales, generado por traslaciones de φ0(1), y así sucesivamente, hasta el O-spline de más alto grado. Para el O-spline de tercer orden, se tienen las siguientes derivadas en términos de los O-splines de orden inferior. La primera derivada: (17) para la segunda: (18) Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 11 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna y finalmente su tercera derivada: (19) Fig. 5. En el renglón de arriba, los O-splines para K = 0,1,2, y, 3, y bajo cada uno de ellos sus derivadas sucesivas. C. Respuesta impulsional y en frecuencia de los Diferenciadores El gráfico superior de la figura 6 muestra las respuestas impulsionales del primer diferenciador de orden 3 y 5, 0(3)(u), y 0(5). Note que convergen a la primera derivada de la función Sinc mostrada con línea a rayas. mientras sus respuestas en frecuencia, en la gráfica inferior, convergen al del primer diferenciador pasabanda ideal. De hecho, si Hh(0)(f) es la respuesta en frecuencia del O-spline de orden h, entonces la respuesta del primer diferenciador es Hh(1)(f) = (j2πf)Hh(0)(f), es decir, una ganancia lineal truncada por la respuesta en frecuencia del O-spline de orden h, como ilustra la línea a rayas. Fig. 6. Respuestas impulsional (arriba) y de frecuencia (abajo) del primer diferenciador con K = 3 y K = 5. Superpuestas las del ideal con líneas a rayas. 12 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Similarmente, las respuestas impulsionales de los segundos diferenciadores de orden 3 y 5 se muestran en la gráfica superior de la figura 7. Cuando el orden K →∞ convergen a la segunda derivada de la función Sinc; mientras sus respuestas en frecuencia, al fondo, tienen una ganancia parabólica en su banda de paso, truncada por la respuesta en frecuencia del O-spline correspondiente, ya que en este caso se tiene Hh2(f) = (j2πf)2Hh0(f), una ganancia cuadrática ajustada a la ideal mostrada por la línea a rayas. Fig. 7. Respuestas impulsional (arriba) y de frecuencia (abajo) del segundo diferenciador con K = 3 y K = 5. Superpuestas las del ideal con líneas a rayas. D. O-splines Armónicos Los O-splines armónicos son simplemente modulaciones de los O-splines pasabajas a la frecuencia de cada armónica: (20) Los cruces por cero de la función compleja exponencial coinciden con los de los O-splines pasabajas, preservando su propiedad cíclica. RESULTADOS En esta sección se usarán los O-splines de orden 3 como muestreadores de una señal senoidal de baja frecuencia, en la extracción de un modo de oscilación de frecuencia variable en un sistema eléctrico de potencia real,10 y para analizar los modos de oscilación de una forma de onda oscilográfica de presión arterial (BPOW, por sus siglas en Inglés) de un paciente de la base de datos presentada en.24 Señales reales con fuertes fluctuaciones de frecuencia son usadas para valorar el rendimiento del método propuesto en escenarios reales. Los O-splines se aplican cada ciclo fundamental, y se aplica interpolación de Taylor o de Hermite para reconstruir las señales. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 13 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna SEÑALES MUESTREADAS E INTERPOLADAS La señal sinusoidal continua s(u) = cos(u∕4) y sus primeras dos derivadas se analizan y reconstruyen con el método propuesto. Como su espectro está localizado bajo las ganancias ideales de los diferenciadores, los errores de interpolación son pequeños. Esto ilustra el buen rendimiento de la técnica propuesta. La gráfica superior de la figura 8 muestra la señal y sus primeras dos derivadas mostrando con círculos las muestras estimadas. La desviación estándar de los errores de muestreo es de 4.2 × 10-5,1.05 × 10-5, y 4.59 × 10-4 para la función, primera y segunda derivada, respectivamente. Los errores de interpolación obtenidos con esas muestras con interpolaciones de Taylor de orden 3, 2 y 1 para la función, primera y segunda derivada se ilustran en la figura 9. Los errores máximos de dichas interpolaciones son de 6 × 10-5, 2.1 × 10-4, y 5 × 10-4, respectivamente. Fig. 8. Función Coseno muestreada e interpolada (arriba) y sus primeras dos derivadas abajo. Fig. 9. Error de la señal sintetizada con el modelo de señal de Taylor, y errores de la primera y segunda derivada. 14 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Fig. 10. Errores de interpolación con muestras (arriba), y con datos exactos (abajo). Las muestras de la señal se interpolan con la interpolación de Taylor, el quinto esquema de Hermite (ver Apéndice B), con el O-spline (usado como interpolador), y con el spline cúbico de Keys.25 Los errores de interpolación se ilustran en el gráfico superior de la Fig. 10 comparados con el error de interpolación de Taylor. El error máximo más pequeño se obtiene con la interpolación de Taylor (con un error máximo de ±6 × 10-5), enseguida, el error del interpolador quíntico de Hermite envuelve al error de la interpolación de Taylor, y seguido por el error de interpolación con el O-spline, con un error máximo de 1.4 × 10-4. El peor error de interpolación se obtiene con el spline cúbico de Keys, con un máximo error de 1.2 × 10-2, el cuál se encuentra fuera del rango de loa anteriores ilustrados en esa gráfica. Para evaluar el rendimiento del método óptimo propuesto, en la gráfica inferior de la figura 10 se ilustra los errores obtenidos cuando las muestras exactas de la función y sus derivadas se usan para la interpolación de Taylor de orden 3 y la de Hermite de orden 5. Ambos errores, de Taylor y Hermite son nulos y planos junto a los polos. El error máximo de la interpolación de Taylor es de 10-5, mientras que el de Hermite es de 5 × 10-9. Comparando esta gráfica con la superior de la figura 9, se puede ver que el método propuesto alcanza un error solamente seis veces mayor que el teórico con interpolación cúbica. La precisión de las muestras estimadas aumenta con O-splines de orden mayor. B. Oscilación de Potencia La oscilación de potencia analizada en10 es tomada como un segundo ejemplo. La oscilación se obtuvo de un sistema de voltajes y corrientes trifásicos, muestreados a 20 muestras por período fundamental en un sistema eléctrico de potencia de 50Hz, y se ilustra en la gráfica superior de la figura 11, con su espectro en la gráfica de en medio. El O-spline de orden 3 con una compresión temporal de dos, y un ancho de banda de 100Hz, cuyo espectro se ilustra en la gráfica del fondo, es usado para extraer la oscilación. En10 se demuestra que es un modo de oscilación modulado en frecuencia, yendo de cero a 15.6Hz, con un incremento exponencial. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 15 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Fig. 11. Oscilación de potencia (arriba), su espectro (en medio), y la respuesta en frecuencia del filtro usado en el análisis (al fondo). Fig. 12. Modo de frecuencia variable (arriba) y armónicas alrededor de 115Hz (en medio), con la oscilación reconstruida y la original (abajo). La señal es muestreada cada mitad de ciclo fundamental usando (5) e interpolación de Taylor es usada en esos intervalos con (3). El resultado se muestra en la figura 12. La gráfica superior muestra el modo de oscilación interpolado con polinomios de Taylor. Su frecuencia variable es perceptible porque s período de oscilación va disminuyendo muy rápido hacia el final de la ventana. El ruido en la gráfica de en medio es simplemente la diferencia entre la señal original y la interpolada. La gráfica del fondo muestra la superposición de la señal interpolada y el ruido, superpuesta sobre la original. Se nota que la reconstruida es casi perfecta, a pesar el importante ruido localizado durante la falla. La varianza de la diferencia entre la oscilación interpolada de Taylor y sus estimados instantáneos obtenidos con el muestreador de estados O-spline es igual a 0.0127, el cuál es inferior al 0.32% de la máxima amplitud de la oscilación. C. Forma de Onda Oscilométricas de Presión Arterial La estimación de presión sistólica y diastólica de datos numéricos de BPOWs 24 es un reto interesante debido a la estructura compleja de estas señales. La extracción del modo fundamental es crucial ya que éste muestra la pulsación principal del corazón. Ambas presiones son estimadas de la envolvente de amplitud de este modo de oscilación. 16 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Fig. 13. BPOW (arriba), su espectro y las respuestas en frecuencia de los filtros de análisis (al fondo). Los demás modos son debidos al comportamiento no linealidad de la manga. La gráfica superior de la figura 13 muestra la señal BPOW analizada, muestreada a 150 muestras por segundo. Su estructura básica temporal consiste de picos repetitivos con formas de parábolas colgantes que brincan hacia arriba y hacia abajo. Su espectro es ilustrado en la gráfica de abajo junto con las respuestas en frecuencia de los O-splines armónicos usados en la descomposición. Éstos se obtienen modulando el O-spline pasabajas de orden 3 (mbox III-D mbox ) dilatado al doble (a 8 ciclos) para reducir su ancho de banda a la mitad. Las muestras se obtienen aplicando producto punto a la señal con traslaciones sucesivas de los O-splines armónicos y sus derivadas, y los modos se reconstruyen con los estimados instantáneos en de (5). Fig. 14. Descomposición oscilográfica de la BPOW. De arriba hacia abajo los modos predominantes (0,1,2, y 3) seguida pr la señal con frecuencias interarmónicas. Al fondo, la señal sintética superpuesta a la original con reconstrucción casi perfecta. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 17 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna Los modos predominantes de la BPOW se ilustran en las cuatro gráficas superiores de la figura 14, seguida por la señal residual, y finalmente, en la gráfica del fondo, la señal sintética estimada comparada con la señal original. Note que el modo de oscilación de orden cero no es constante, sino que fluctúa a muy baja frecuencia. La envolvente del primer modo (línea roja de la segunda gráfica) tiene la forma parabólica esperada. Por otra parte la señal residual (formada por la energía espectral en las bandas de paro de los filtros) tiene forma de cigüeñal que explica los brincos de las formas parabólicas en la gráfica superior de la figura 13. La tabla I muestra el error cuadrático medio (MSE) como porciento de la energía de la BPOW cuando los modos consecutivos se van agregando en la señal reconstruida, formando reconstrucción perfecta cuando se incluyen todas las componentes. Las discrepancias se deben a la complejidad de las fluctuaciones de la señal BPOW, cuyos modos no están perfectamente delimitados, como se puede ver en la gráfica del fondo de la figura 13. Tabla I. Error cuadrático medio normalizado al ir incluyendo modos consecutivos. Error Cuadrático Medio (%) 0 87.64 1ero 31.22 2do 19.08 3ero 17.19 4o 17.00 Residual 0.00 DISCUSIÓN El kernel de interpolación central de Lagrange se usa en la literatura como interpolador,22, 14 o como un kernel de aproximación a la función Sinc,12 pero no como un kernel de análisis, y mucho menos como un muestreador de los estados de una señal. Esta es la contribución de este artículo, junto con la derivación en forma cerrada de las funciones de los O-splines, la cual reduce la complejidad computacional de la DTTFT, especialmente cuando la señal contiene armónicas, como los casos ilustrados en la sección anterior. En12 se compara el rendimiento del kernel interpolador central de Lagrange y el spline cardenal fundamental6 de órdenes sucesivos. Sin embargo, esta comparación es inválida en nuestra aplicación de análisis, ya que los splines fundamentales tienen soporte infinito, mientras que el soporte de los kerneles de Lagrange son finitos. El método propuesto difiere también del propuesto en,13 ya que la función dual de la base interpolatoria no tiene soporte finito. También difiere del usado en,10 en el cuál únicamente la ecuación de análisis (5) es utilizada con el O-spline y sus derivadas. En el aquí propuesto se usa también la ecuación de síntesis en la interpolación. CONCLUSIONES Los O-splines son las respuestas impulsionales de los filtros pasabanda de la DTTFT. Son modulaciones a las frecuencias armónicas del filtro pasabajas. Ellos actúan como el filtro ideal pasabajas con ganancias ideales de diferenciación en las frecuencias armónicas y se usan como muestreadores de los estados de señales 18 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna oscilatorias de banda limitada, ofreciendo un algoritmo de compresión de datos óptimo para modos oscilatorios, con un error suficientemente pequeño graduado por el orden del O-spline. Son muy útiles para captar oscilaciones de las cuáles no sólo interesa estimar o interpolar la pura señal, sino también sus derivadas, ofreciendo un potente estimador de estados implementado por filtros FIR, con un gran potencial para aplicaciones de pronóstico y control de sistemas dinámicos. Apéndice A Determinante de Matriz Vandermonde Dada la matriz de Vandermonde: (21) se sabe que: (22) En el caso de y (23) como los factoriales de los términos de Taylor en las columnas de columns de cancelan los factoriales del determinante de la matriz Vandermonde. Por tanto: (24) con Apéndice B Interpolador Quíntico de Hermite La función f(u) entre los instantes t0 y t1, con estados es la siguiente: (25) (26) con los siguientes polinomios quínticos: (27) (28) (29) (30) (31) (32) Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 19 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna REREFERNCIAS 1. C. de Boor, A practical Guide to Splines. Springer, 2001. 2. I. J. Schoenberg, Cardinal Spline Interpolation. SIAM, 1973. 3. D. Pang, L. A. Ferrari, and P. Sankar, “B-spline FIR filters,” Circuits Systems and Signal Process, vol. 13, no. 1, pp. 31–64, 1994, available: https://doi. org/10.1007/BF01183840. 4. T. M. Lehmann, C. Gonner, and K. Spitzer, “Survey: interpolation methods in medical image processing,” IEEE Trans. Med. Imag., vol. 18, no. 11, pp. 1049–1075, Nov 1999. 5. S. G. Mallat, “A theory for multiresolution signal decomposition: the wavelet representation,” IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell., vol. 11, no. 7, pp. 674–693, July 1989. 6. M. Unser, A. Aldroubi, and M. Eden, “B-spline signal processing. Part I– theory,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 41, no. 2, pp. 821–833, Feb 1993. 7. ——, “B-spline signal processing. Part II – efficiency design and applications,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 41, no. 2, pp. 834–848, Feb 1993. 8. M. Unser and T. Blu, “Cardinal exponential splines: part I - theory and filtering algorithms,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 53, no. 4, pp. 1425–1438, April 2005. 9. M. Unser, “Cardinal exponential splines: part II - think analog, act digital,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 53, no. 4, pp. 1439–1449, April 2005. 10. J. A. de la O Serna, “Analyzing power oscillating signals with the O-splines of the Discrete Taylor–Fourier Transform,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 33, no. 6, pp. 7087–7095, Nov 2018. 11. J. A. de la O Serna, M. R. A. Paternina, A. Zamora-Méndez, R. K. Tripathy, and R. B. Pachori, “EEG-rhythm specific taylor-fourier filter bank implemented with O-splines for the detection of epilepsy using EEG signals,” IEEE Sensors J., pp. 1–1, 2020. 12. E. H. W. Meijering, W. J. Niessen, and M. A. Viergever, “The Sincapproximating kernels of classical polynomial interpolation,” in IEEE International Conference on Image Processing (ICIP’99), vol. 3, Oct 1999, pp. 652–656. 13. M. Unser and A. Aldroubi, “A general sampling theory for nonideal acquisition devices,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 42, no. 11, pp. 2915–2925, Nov 1994. 14. E. Meijering, “A chronology of interpolation: from ancient astronomy to modern signal and image processing,” Proceedings of the IEEE, vol. 90, no. 3, pp. 319–342, March 2002. 15. J. Chen and Z. Cai, “Cardinal MK-spline signal processing: Spatial interpolation and frequency domain filtering,” Information Sciences, vol. 495, pp. 116 – 135, 2019. [Online]. Available: http://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S0020025519303767 16. J. Chen and Z. Cai, “A new class of explicit interpolatory splines and related measurement estimation,” IEEE Trans. Signal Process., pp. 1–1, 2020. 20 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Análisis de armónicas dinámicas con filtros de respuesta impulsional finita diseñados con O-splines / José Antonio De la O Serna 17. G. Rogers, Power System Oscillations. Boston: Springer, 2000. 18. A. Roman Messina, Inter-area Oscillations in Power Systems: A Nonlinear and Nonstationary Perspective. Springer, 2009. 19. M. Forouzanfar, H. R. Dajani, V. Z. Groza, M. Bolic, S. Rajan, and I. Batkin, “Oscillometric blood pressure estimation: Past, present, and future,” IEEE Reviews in Biomedical Engineering, vol. 8, pp. 44–63, 2015. 20. J. G. Proakis and M. Salehi, Digital Communications, 5th ed. Boston, MA: McGraw Hill, 2008, sec. 2.1. 21. M. Vetterli, K. Kovacevic, and V. K. Goyal, Foundations of Signal Processing, 3rd ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2014, available at http://www.fourierandwavelets.org/. 22. H. W. Meijering, “Image enhancement in digital x-ray angiography.” [Online]. Available: https://dspace.library.uu.nl/bitstream/handle/1874/367/c6.pdf 23. A. K. Jain, Fundamentals of Digital Image Processing. Prentice-Hall,Englewood Cliffs, New Jersey,USA, 1989. 24. J. A. De la O Serna, “Taylor-Fourier analysis of blood pressure oscillometric waveforms,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 62, no. 9, pp. 2511–2518, 2013. [Online]. Available: http://dx.doi.org/10.1109/TIM.2013.2258245 25. R. Keys, “Cubic convolution interpolation for digital image processing,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 29, no. 6, pp. 1153–1160, December 1981. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 21 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada de núcleo singular Ernesto Zambrano-Serrano, Miguel A. Platas-Garza, Alejandro E. Loya-Cabrera, Guadalupe E. Cedillo-Garza, Cornelio Posadas-Castillo Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Departamento de Electrónica y Automatización. cornelio.posadascs@uanl.edu.mx RESUMEN En este artículo, se presenta la ecuación diferencial fraccionaria de un circuito electrónico RC en términos de la derivada fraccionaria de tipo Caputo y la solución analítica exacta usando propiedades de la transformada de Laplace y la función Mittag-Leffler. El orden de la derivada fraccionaria es definido en el intervalo 0<q≤1, preservando la dimensionalidad de los parámetros R y C. Además, se muestra la respuesta experimental del circuito propuesto y se compara con las soluciones analíticas. Los resultados muestran que el voltaje del capacitor depende directamente de los valores del orden fraccionario. PALABRAS CLAVE Circuito electrónico RC, cálculo fraccionario; solución analítica, derivada tipo Caputo. ABSTRACT This paper proposes the fractional-order differential equation of an RC electronic circuit in terms of the Caputo-type fractional derivative. The fractionalorder derivative is defined in the interval 0<q≤1 considering the dimensionality of the parameters R and C. The exact analytical solution is presented using properties of the Laplace transform and Mittag-Leffler function. Besides, the experimental response of the proposed circuit is presented and compared with the analytical solutions. The results show that the voltage depends on the values of the fractional order. KEYWORDS RC electronic circuit, fractional calculus, analytical solution; Caputo derivative INTRODUCCIÓN El cálculo de orden fraccionario se ocupa del estudio de las derivadas e integrales de orden arbitrario sobre dominios reales o complejos y sus aplicaciones. Tiene sus raíces en 1695, en una carta de L’Hopital a Leibniz, donde el primero preguntó sobre el posible significado de una derivada dn⁄dtn cuando n=1/2. 22 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. En respuesta a la carta recibida, Leibniz contestó: “Es una aparente paradoja, de la cual algún día se extraerán consecuencias muy útiles”. Esta respuesta atrajo la atención de brillantes científicos durante los siglos XVIII y XIX.1 De entre los cuales podemos mencionar a Euler (1738), Laplace (1812), Fourier (1822), Abel (1823), Liouville (1832-1855), Grünwald (1867), Letnikov (1868-1872), Riemann (1876), Laurent (1884) o Heaviside (1893-1912). Recientemente, el cálculo de orden fraccionario ha experimentado avances considerables en diferentes áreas del conocimiento como física, biología, química, matemáticas e ingeniería, considerando la aplicación del cálculo fraccionario en problemas del mundo real como se muestran Su et al.2 y Tavazoei.3 Hoy en día, muchos matemáticos e ingenieros están interesados en este nuevo campo. Intentando dar respuesta a las siguientes preguntas de investigación: ¿Cómo caracterizar la derivada fraccionaria utilizada en este nuevo campo? ¿Cuál es la importancia de una derivada fraccionaria? ¿Cuándo y dónde podemos usar la derivada fraccionaria? Las derivadas fraccionarias son operadores no locales debido a que se definen por medio de integrales. Por tanto, la derivada fraccionaria contiene información sobre la función en todos sus puntos anteriores, por lo que posee un efecto de memoria; esto significa que el siguiente estado de un sistema depende no sólo de su estado actual, sino también de todos los estados históricos. Esto es más realista y los resultados derivados de los sistemas fraccionarios son de naturaleza más general y son esenciales para una descripción y comprensión más precisa del comportamiento del sistema complejo y dinámico.4 Asimismo, las derivadas e integrales de orden fraccionario consideran propiedades hereditarias, fenómenos de relajación, fractalidad temporal a diferentes escalas, heterogeneidades materiales y efectos distribuidos no locales, los cuales son fundamentales para describir los componentes eléctricos.2 Otra característica del cálculo fraccionario es la inclusión de nuevos grados de libertad al sistema al incrementar la información que se puede obtener de la naturaleza del fenómeno en cuestión. Actualmente, existen muchos tipos de derivadas fraccionarias en el cálculo fraccionario. Las definiciones más utilizadas son las propuestas por RiemannLiouville y Caputo, las cuales son definidas por medio de la convolución de la derivada local de una función dada con una función de ley de potencias,4 también conocida como derivada fraccionaria de núcleo singular. Mientras que Caputo y Fabrizio, hicieron una interesante propuesta de derivada de orden fraccionario, proponiendo un operador con núcleo local y no singular que involucra la ley de decaimiento exponencial en lugar de la ley de potencias.5 Con base en la función de Mittag-Leffler extendida generalizada no singular y no local, Atangana y Baleanu propusieron dos derivadas fraccionarias en el sentido de LiouvilleCaputo y Riemann-Liouville. Las derivadas de orden fraccionario propuestas por Atangana y Baleanu son al mismo tiempo filtros y operadores fraccionarios.6 Khalil et al. propusieron extender las definiciones de límites ordinarios de las derivadas en una función llamada derivada conformable.7 Recientemente, muchos investigadores han intentado modelar procesos reales utilizando el cálculo fraccionario. Munoz-Pacheco, et al.8 quienes estudiaron el efecto que agrega la memoria en un sistema regulador de glucosa-insulina mediante la aplicación de un operador fraccionario. Rosales et. al.9investigaron Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 23 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. la solución de un circuito RC usando diferentes tipos de operadores fraccionarios. La solución analítica del circuito RLC considerando los operadores FabrizioCaputo, Atangana-Baleanu-Caputo, Atangana-Koca-Caputo es presentada por Gómez-Aguilar.10. Ndolane Sene analiza la estabilidad asintótica local y la estabilidad asintótica global de un circuito RLC considerando el operador de Liouville-Caputo.11 También muestra la estabilidad de entrada fraccionaria, estudiando la estabilidad asintótica global uniforme de las ecuaciones diferenciales fraccionarias de los circuitos RL, RC y LC.12 De acuerdo con las referencias previamente mostradas, únicamente se han reportado soluciones analíticas y análisis de estabilidad de circuitos electrónicos en configuraciones RC, RLC, LC y RL considerando operadores de orden fraccionario sin mostrar a manera de comparación la respuesta experimental de un circuito RC. El único reporte en la literatura relacionado a la implementación de un circuito RC considerado operadores fraccionarios es el de Gómez-Aguilar et al.13 donde presenta el resultado obtenido en un espectroscopio aplicado a un RC. Teniendo en cuenta tal falta, este artículo hace una contribución al tema presentando la comparación entre la implementación experimental del circuito RC y la solución analítica de orden fraccionario basado en la derivada fraccionaria de tipo Caputo. El resto de artículo está organizado de la siguiente manera, primero se presentan algunos conceptos preliminares relacionados al cálculo fraccionario. Luego se muestra la solución analítica de un circuito RC en serie de orden fraccionario. La implementación experimental del circuito RC y la comparación con la respuesta de orden fraccionario se reportan después, finalmente, se presentan una serie de comentarios a modo de conclusión. DEFINICIONES DE ORDEN FRACCIONARIO En esta sección recordamos las principales definiciones de los operadores de orden fraccionario. La definición de la derivada fraccionaria de tipo Caputo esta expresada de la siguiente forma: Definición 1.4 Considere una función f:[0,+∞)→R, la derivada fraccionaria en el sentido de Caputo de la función f de orden q es formulada mediante la expresión. Para todo t>0, donde q es el orden de la derivada fraccionaria y Γ(·) es la función Gamma. La definición de la derivada de orden fraccionario en el sentido de Caputo es ampliamente considerada en el estudio de sistemas en el dominio del tiempo, debido a que, las condiciones iniciales para la derivada fraccionaria de tipo Caputo pueden ser expresadas de la misma forma que una ecuación diferencial ordinaria y con una interpretación física conocida. Además, de que la derivada de una constante en el sentido de Caputo es cero. 24 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. La transformada de Laplace de la ecuación (1) se define de la siguiente forma donde f(k) es la k-ésima derivada ordinaria. La transformada inversa de Laplace requiere la introducción de la función Mittag-Leffler, la cual es definida como: Definición 2.4 La función Mittag-Leffler con dos parámetros es expresada de la siguiente forma donde q>0,β ϵ R, y z ϵ C. En particular cuando q=1 y β=1 de la ecuación (3) se tiene que Por lo que se considera a la función exponencial como un caso particular de la función Mittag-Leffler. Solución del circuito RC con operadores locales y no locales En este artículo se considera el circuito eléctrico RC descrito por la figura 1. Fig.1. Circuito RC. Considerando las leyes de voltaje de Kirchhoff, la ecuación diferencial que describe el comportamiento del circuito RC esta expresada como donde RC=τ es la constante de tiempo del circuito, R es la resistencia expresada en Ohms, C es la capacitancia medida en Faradios, Vo(t) es el voltaje en el capacitor, y Vi(t) es el voltaje de entrada. Considerando que el voltaje inicial sobre el capacitor es Vo(0)=0, y asumiendo que la fuente Vi(t) corresponde a una entrada constante Vi la solución de la ecuación (5) en el dominio de tiempo es Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 25 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. la ecuación (6) describe la carga del circuito RC considerando una fuente constante. Por otra parte, preservar la dimensionalidad física al momento de considerar un operador de orden fraccionario es crucial en la aplicación. En matemáticas puras por lo general, la derivada de orden entero es remplazada por definiciones de orden fraccionario, pero, esto no es suficiente para problemas físicos y algunas aplicaciones en ingeniería. Por tanto, se requiere de una modificación dimensional para el caso fraccionario. Para este propósito, Rosales et al.9 y Gomez-Aguilar10 proponen una metodología sistemática capaz de diseñar ecuaciones diferenciales fraccionarias para sistemas físicos, la cual consiste en transformar la derivada ordinaria en una derivada fraccionaria de la siguiente forma La introducción del parámetro σ permite la consistencia dimensional cuando σ=seg. Además, cuando q=1 la ecuación (7) es una ecuación diferencial ordinaria de primer orden con respecto al tiempo t. Sustituyendo (7) en (5) obtenemos la ecuación diferencial de orden fraccionario correspondiente al circuito RC expresada de la siguiente forma donde σ=τ=RC es la constante de tiempo expresada en segundos y el operador expresando en (1). Entonces la solución analítica de la ecuación diferencial fraccionaria definida por (8) se obtiene aplicando la transformada de Laplace expresada en (2) en ambos lados de la ecuación (8) y, asumiendo que la fuente Vi(t) corresponde a una entrada constante Vi obtenido la siguiente relación donde Vo(s) es la transformada de Laplace de Vo(t). Considerando el método propuesto por Kenneth y Ross14 y aplicando la transformada inversa de Laplace es posible expresar (9) como una serie entonces la solución analítica de la ecuación diferencial fraccionaria (10) es expresada como: 26 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. donde Eq (.) representa la función Mittag-Leffler (3) con β=1. La figura 2, muestra el comportamiento en el tiempo del voltaje en el capacitor Vo(t) expresado en (11) considerando diferentes valores de orden fraccionario q. con incrementos Δq=0.1, una fuente de voltaje de entrada constante Vi=10 Volts, un Capacitor C=1 µF, una Resistencia R=1 MΩ y τ=1 seg, donde se observa que conforme q→0 el voltaje de salida decrece similarmente. Fig. 2. Solución analítica de la ecuación (11) considerando diferentes valores de q correspondiente al voltaje en el capacitor Vo(t). DISEÑO EXPERIMENTAL DEL CIRCUITO RC Para propósitos experimentales, consideramos la plataforma NI-myRIO-1900. NI-myRIO es un dispositivo embebido el cual cuenta con entradas analógicas, salidas analógicas, además de líneas de E/S digitales, LEDs, acelerómetro un FPGA Xilinx y un procesador ARM Cortex-A9. La relativa simplicidad que ofrece el dispositivo al momento de configurarlo ha permitido su consideración en diferentes áreas tales como procesamiento de señales, sistemas control, robótica y mecatrónica. El circuito RC mostrado en la figura 1 fue implementado de forma práctica como se muestra en la figura 3. Las principales características del dispositivo myRIO son: Procesador Xilinx Z-7010. Velocidad 667 Mhz. Memoria DDR3 de 256Mb. Salidas analógicas de ±10Volts. Resolución de 12 bits. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 27 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. Fig. 3. Implementación electrónica del circuito RC. El valor de los elementos pasivos es Resistencia R=1 MΩ. Capacitor C=1 µF. El proceso de adquisición de datos fue implementado en LabView con el objetivo de obtener los datos experimentales de la respuesta en el tiempo del circuito RC. El diseño del instrumento virtual realizado en LabView se muestra en la figura 4. La figura 4 (arriba), muestra el diseño del instrumento virtual. De la figura 4 (abajo) el bloque “analog input” es utilizado para adquirir una muestra de voltaje en el capacitor el cual se encuentra conectado al puerto de entrada analógica, mientras que el bloque “analog output” envía la señal de excitación al circuito RC mediante una salida analógica. El proceso en lazo cerrado está configurado para realizarse cada 5 milisegundos. Además, los datos obtenidos experimentalmente son procesados en Matlab 2016b. La medición adquirida experimentalmente es comparada con la solución analítica (11) considerando la suma de los errores cuadráticos para diferentes valores de orden fraccionario q; la suma de los errores cuadráticos son considerados como criterio de ajuste o función de costo, la cual se realiza considerando la siguiente ecuación donde V0[k] representa la k-ésima muestra de la solución analítica, ym[k] es la señal adquirida experimentalmente y N es número de datos obtenidos experimentalmente. 28 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. Fig. 4. Diseño del instrumento virtual en LabView. (arriba) vista frontal del instrumento, (abajo) diseño del instrumento. La figura 5 muestra el valor de la función de costo (12) para diferentes valores de q, en este artículo tomamos en cuenta 80 diferentes valores de orden q considerando el siguiente intervalo qϵ(0.95,0.99). Bajo estas condiciones, se obtiene que el valor mínimo de q que mejor se aproxima a la solución experimental del circuito RC mostrado en la figura 1 con una resistencia R= 1MΩ, un capacitor C= 1µF y una entrada constante de Vi=10 volts. Bajo estas condiciones, se obtiene que el valor mínimo de q=0.98475. En la figura 6 (Respuesta del circuito RC) se observa la respuesta experimental adquirida en color rojo, la solución analítica (11) considerando un orden fraccionario q=0.98475 en color azul y la solución analítica de orden Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 29 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. Fig. 5. Evaluación de función de costo para determinar la mejor aproximación. Fig. 6. Error de aproximación para la respuesta de orden fraccionario propuesta y la respuesta de orden entero. entero mostrada en (6) en color verde. Mientras que en la figura 6 (Magnitud de error de aproximación) se muestra la magnitud de los errores de ambas aproximaciones. Note que la aproximación fraccionaria tiene un error menor que la de orden entero. COMENTARIOS FINALES En este artículo se estudió la solución analítica y la respuesta experimental de un circuito RC considerando la definición de la derivada fraccionaria de 30 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. tipo Caputo, además, se consideró la metodología de diseño de ecuaciones diferenciales fraccionarias de sistemas físicos preservando la dimensionalidad de los elementos pasivos R y C. Se presentó la solución analítica considerando la transformada de Laplace y la función Mittag-Leffler para un intervalo 0<q≤1. El circuito RC analizado fue implementado electrónicamente considerando la plataforma NI-myRIO-1900. Donde los resultados experimentales fueron procesados en Matlab y comparados con la solución analítica considerando diferentes valores de orden fraccionario q. Por medio de una función de costo se determinó el valor mínimo de orden q que mejor se aproxima a los datos experimentales obtenidos por la tarjeta NI-myRIO-1900, obteniendo que la mejor aproximación ocurre cuando se considera el siguiente valor q=0.98475. Finalmente, se observa que conforme q→0 el voltaje de salida V0(t) decrece similarmente. AGRADECIMIENTOS E. Zambrano-Serrano agradece a CONACYT/MÉXICO (350385), y al Cuerpo Académico Automatización y Control de la UANL. C. Posadas-Castillo agradece a CONACYT/MÉXICO No. 166654, A1-S-31628. Todos los autores agradecen a la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. REFERENCIAS 1. D. Baleanu, K. Diethelm, E. Scalas and J. Trujillo, Fractional Calculus: Models and Numerical Methods, London: World Scientific Publishing, 2017. 2. H. Su, Y. Zhang, D. Baleanu, W. Chen and Y. Chen, “A new collection of real world applications of fractional calculus in science and engineering,” Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, vol. 64, pp. 213-231, 2018. 3. M. Tavazoei, “Fractional order chaotic systems: history, achievements, applications, and future challenges,” The European Physical Journal Special Topics, vol. 229, pp. 887-904, 2020. 4. I. Podlubny, Fractional Differential Equations, New York: Academic Press, 1998. 5. M. Caputo and M. Fabrizio, “A new Definition of Fractional Derivative without singular kernel,” Progress in Fractional Differentiation and Applications, vol. 1, no. 2, pp. 73-85, 2015. 6. A. Atangana and D. Baleanu, “New fractional derivatives with non-local and non-singular kernel,” Thermal Science, vol. 20, no. 2, pp. 763-769, 2016. 7. R. Khalil, M. Al Horani, A. Yousef and M. Sababheh, “A new definition of fractional derivative,” Journal of Computational and Applied Mathematics, vol. 264, pp. 65-70, 2014. 8. J. Munoz-Pacheco, C. Posadas-Castillo and E. Zambrano-Serrano, “The Effect of a Non-Local Fractional Operator in an Asymmetrical GlucoseInsulin Regulatory System: Analysis, Synchronization and Electronic Implementation,” Symmetry, vol. 12, no. 9, p. 1395, 2020. 9. J. Rosales, J. Filoteo and G. A, “A comparative analysis of the RC circuit Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 31 �Comportamiento de orden fraccionario en la respuesta de un circuito RC mediante derivada ... / Ernesto Zambrano et al. with local and non-local fractional derivatives,” Revista Mexicana de Fisica, vol. 64, no. 6, pp. 647-654, 2018. 10. J. Gómez-Aguilar, “Fundamental solutions to electrical circuits of non-integer order via fractional derivatives with and without singular kernels,” The European Physical Journal Plus volume, vol. 133, p. 197, 2018. 11. N. Sene, “Stability analysis of electrical RLC circuit described by the CaputoLiouville generalized fractional derivative,” Alexandria Engineering Journal, vol. 59, pp. 2083-2090, 2020. 12. N. Sene, “Fractional input stability for electrical circuits described by the Riemann-Liouville and the Caputo fractional derivative,” AIMS Mathemathics, vol. 4, no. 1, pp. 147-165, 2019. 13. J. Gómez-Aguilar, J. Rosales-Garcia, J. Razo-Hernandez and G.-C. M, “Fractional RC and LC electrical circuits,” Ingenierias Investigación y Tecnología , vol. 15, no. 2, pp. 311-319, 2014. 14. M. Kenneth and B. Ross, An Introduction to the fractional Calculus and Fractional Differential Equations, Wiley-Blackwell, 1993. 32 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros School of Marine Science and Ocean Engineering University of New Hampshire, Estados Unidos de América B JASCO Applied Sciences, Canadá C Sea Mammal Research Unit Scottish Oceans Institute School of Biology University of St Andrews Fife St Andrews, Escocia, Reino Unido j.miksisolds@unh.edu; bruce.martin@jasco.com; plt@st-andrews.ac.uk A Traducción al español con la colaboración de Leonardo Treviño Arrambide y Daniela Alejandra Gutiérrez Dimas. “Exploring the ocean through soundscapes. Vol. 14, Issue 1,2018.” https://acousticstoday.org/exploring-ocean-soundscapes/ Reproduced with permission from Acoustics Today (www.acousticstoday.org). Copyright 2018, Acoustical Society of America. Jennifer L. Miksis-OldsA, Bruce MartinB, Peter L. TyackC RESUMEN Escuchar paisajes sonoros submarinos nos ayuda a entender cómo la física oceánica y la biología de las comunidades marinas están respondiendo a un océano que cambia dinámicamente. PALABRAS CLAVE Paisajes sonoros, señales acústicas en los océanos. ABSTRACT Listening to underwater soundscapes helps us understand how ocean physics and the biology of marine communities are responding to a dynamically changing ocean. KEYWORDS Ocean soundscapes, acoustic signals in the oceans. Introducción Es una tarde clara y usted está mirando hacia el horizonte desde el punto más alto dentro de 100 km. Se pueden ver “millas y millas”, pero los únicos sonidos que se pueden escuchar son la gente con usted, algunos pájaros, insectos y el viento. Ahora, si usted fuera a un punto equivalente en el océano para estar parado en la cresta del medio Atlántico con vista a la llanura abisal del océano, usted todavía tendría 1,200 m de agua obscura alrededor. Escuchando a través de un hidrófono, los sonidos serían extraordinariamente ricos. Se oirían los crustáceos arañando la roca y los corales de aguas profundas. Las ballenas de esperma, las ballenas con pico y las ballenas piloto estarían buscando comida mediante ecolocalización. Los llamados de la ballena azul y de aleta, atrapados en el canal de sonido profundo, llegarían de miles de kilómetros de distancia. Cada pocos segundos, el canal de sonido también traería pulsos de energía de los estudios sísmicos de petróleo y gas que llegan desde Brasil, África, el Mar del Norte y Terranova. La investigación acústica subacuática ha revelado la increíble física de cómo se propaga el sonido en el océano, motivado principalmente por el uso del sonido para detectar petróleo y gas bajo la corteza terrestre o para aplicaciones navales. A lo largo del camino, aprendimos que la vida marina ha aprovechado la física Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 33 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. oceánica y ha evolucionado en el uso del sonido como una modalidad sensorial primaria para interactuar con el medio ambiente. Ahora estamos escuchando las conversaciones submarinas y utilizando la acústica pasiva para evaluar la biodiversidad marina, la densidad animal y el estado y la salud del ecosistema. Este artículo presenta la idea de un paisaje sonoro submarino, el uso exitoso del paisaje sonoro para entender la ecología marina, el modelado de paisajes sonoros y el sonido oceánico como una variable oceánica esencial (EOV). Paisajes sonoros subacuáticos Una gran cantidad de información relacionada con la dinámica de los océanos y las actividades humanas puede obtenerse simplemente escuchando el campo de sonido ambiental. Este paisaje acústico, o paisaje sonoro, es la suma de múltiples fuentes sonoras que llegan a la ubicación de un animal receptor o un grabador acústico. Los sonidos medidos en una grabadora acústica se caracterizan por nuestras mediciones típicas de ingeniería tales como niveles de presión acústica, niveles de exposición ponderados del sonido (SELs), rugosidad, y curtosis. La percepción de los sonidos a la vida marina depende de la contribución relativa de cada fuente, dirección de la fuente, propagación a través del entorno, texto conductual, capacidad auditiva del oyente, e historia del oyente con sonidos similares (figura 1). Fig. 1. Arriba: el paisaje sonoro está compuesto por el sonido, las mediciones físicas del campo sonoro, y el paisaje que transmite cómo todas las fuentes sonoras se superponen y son percibidas por el oyente. Cajas blancas: señales S i(1-7) procedentes de fuentes sonoras en el entorno con diferentes tamaños y orientaciones destinadas a transmitir diferentes tipos de fuentes; cajas negras: características físicas y perceptivas de las señales sonoras del oyente. Laeq: nivel sonoro en decibelios equivalente a la energía acústica total ponderada durante un tiempo determinado. 1 Abajo: representación de las múltiples fuentes oceánicas que forman un paisaje sonoro oceánico. 2 34 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. Los paisajes sonoros submarinos son dinámicos; varían en espacio y tiempo y dentro de los hábitats y entre ellos. El sonido en las profundidades del océano se propaga a tales distancias bajo el agua que los paisajes sonoros son influenciados no sólo por las condiciones locales sino también por fuentes sonoras mucho más distantes que en el aire. El paisaje sonoro submarino se compone de contribuciones (figura 2) de la actividad humana (por ejemplo, transporte marítimo, buques pesqueros, muestreadores para estudios sísmicos), procesos naturales abióticos o geofísicos (por ejemplo, viento, lluvia, hielo), y contribuciones acústicas de fuentes biológicas (por ejemplo, sonido producido a partir de movimientos de animales y vocalizaciones de mamíferos marinos, peces e invertebrados). Las flechas en una sola dirección en la figura 2 muestran que el paisaje sonoro está directamente influenciado en una sola dirección por factores antropogénicos y abióticos, y las flechas en dos direcciones indican que el sonido no está sólo influenciado, sino que también influye, sobre el componente biológico del paisaje sonoro. Por consiguiente, el paisaje sonoro subacuático no es simplemente un parámetro físico del medio ambiente que debe medirse y cuantificarse. El paisaje sonoro depende del oyente y tiene un laso de retroalimentación donde los cambios en el paisaje sonoro tienen el potencial de impacto de comportamiento acústico y factores bióticos que influyen en la ecología conductual del ecosistema y finalmente alteran aún más el paisaje sonoro (figura 2). Fig. 2. Paisaje sonoro presentado en el contexto de la ecología acústica. Cajas verdes y flechas, factores naturales: ecología conductual, comportamiento acústico, y factores abióticos y bióticos que contribuyen a (flechas salientes) o impactados por (flechas entrantes) el paisaje sonoro (caja azul y flechas); caja roja y flechas, interacciones y las variaciones de la actividad humana relacionadas con el paisaje sonoro o que repercuten en él. Adaptado de van Opzeeland y Miksis-Olds. 3 El análisis del paisaje sonoro se realiza en corrientes de datos en directo o grabaciones de señales de presión recibidas de registradores acústicos pasivos desplegados en el fondo del océano o anclados en la columna de agua. Las grabaciones nos permiten observar hábitats marinos sin los efectos desconcertantes Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 35 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. de la presencia humana o el sesgo del muestreo. Las grabaciones de la gama completa de sonidos oceánicos tienen un ancho de banda amplio (150 kHz o más), duran períodos de meses a años, y a menudo se recogen en lugares múltiples que los investigadores comparan para encontrar similitudes y diferencias (escuche paisajes sonoros en tiempo real grabados en diferentes lugares oceánicos en http://www.listentoteep.com). Estos conjuntos de datos son llamados de cinco dimensiones porque tienen tiempo, frecuencia, amplitud, latitud y longitud. El objetivo del análisis del paisaje sonoro es extraer información de las grabaciones para identificar qué fuentes están presentes, las amplitudes de las fuentes, cómo interactúan y cómo los animales en el medio ambiente pueden percibir y responder a los sonidos. En los últimos años, algunos equipos de investigación han comenzado a realizar grabaciones de paisajes sonoros direccionales que aumentan los datos a seis dimensiones añadiendo la dirección de llegada (figura 3). Los sensores de presión direccionales en aguas profundas también ofrecen el potencial para medir el movimiento de partículas. Por desgracia, esta metodología no se extiende a mediciones precisas de las partículas cerca de la superficie del mar, en el fondo marino o en aguas poco profundas, ya que no está relacionado linealmente con la presión en estas regiones. El movimiento de partículas, a diferencia de la presión, es el componente del sonido percibido por la mayoría de los peces e invertebrados marinos. Su medición y percepción es un tema que requiere una amplia investigación. 4 Fig. 3. Cinco minutos de datos acústicos de una nave sísmica y un cañón de aire pasando sobre un hidrófono direccional. Arriba: serie temporal de nivel de presión acústica. Abajo: espectrograma donde el color indica la dirección de llegada mostrada por la rueda de color (amarillo, Norte; azul, Sur). El sensor estaba a 60 cm del fondo marino en 110 m de agua. Tenga en cuenta que la dirección del buque cambia de color antes de los impulsos del arreglo del cañón de aire porque estaba ~100 m detrás de la nave. Los datos de monitorización acústica pasiva (soundscape) pueden descomponerse de forma selectiva para comprender mejor las fuentes que configuran las características temporales, espaciales y espectrales del entorno acústico 5, 6 (por ejemplo la figura 4). Hay una amplia variedad de medidas acústicas y formatos de presentación en la literatura de paisajes marinos relacionados con los focos de cada estudio. Por ejemplo, los estudios de patrones y tendencias del 36 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. Fig. 4. Ejemplos de presentaciones de datos de paisajes sonoros utilizando un conjunto de datos de 11 meses registrados a 20 m del lecho marino en 1,280 m de agua frente a Terranova, Canadá. A: serie temporal de niveles de presión acústica limitados en banda de 1 hora (SPL). B: media espectral a largo plazo del conjunto de datos completo. C: distribuciones diarias de valores de índice de complejidad acústica de 1 minuto (ACI) para la banda de frecuencia de 40-200 Hz. Los valores inferiores a 1 indican una menor complejidad (es decir, fuentes sonoras continuas) y los superiores a 1 indican una mayor complejidad (fuentes sonoras impulsivas). D: distribución de densidades espectrales de 1 minuto de potencia, incluidos los percentiles de superación (es decir, el 5% de los valores de potencia de la densidad espectral superaron la línea L5). Elipses rayadas anaranjadas, presencia de señales sísmicas; elipses sólidas negras, ballenas aletas; círculos azules sólidos, una nave de posicionamiento dinámico distante (DP). Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 37 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. paisaje sonoro tienden a utilizar mediciones de los niveles de presión acústica (figura 4, A y B) y percentiles de superación del nivel sonoro (nivel sonoro que se supera N% del tiempo durante un período de tiempo especificado; figura 4D), mientras que los estudios de la biodiversidad de los ecosistemas muestran índices de diversidad acústica del paisaje sonoro representativo del número de especies vocales presentes en una zona (figura 4C). Los análisis de paisajes sonoros han proporcionado un medio para comprender mejor la influencia de los parámetros ambientales como la presencia de hielo marino y los ciclos lunares en los procesos acústicos locales 7, 8 evaluando la calidad del habitat y la salud de los arrecifes de coral 8, 9 y midiendo la biodiversidad 10, 11 para comprender mejor los impactos y riesgos de las contribuciones humanas al paisaje sonoro en la vida marina. Utilización de paisajes sonoros submarinos Durante la última década, los costes de recogida y análisis de datos de vigilancia acústica pasiva han disminuido constantemente, lo que ha dado lugar a un número creciente de estudios que exploran cómo los animales utilizan la información de su paisaje sonoro ambiental para la comunicación, orientación y navegación 12, 13 (véase también el artículo de Slabekoorn 14 en Acoustics Today). El concepto de utilizar sonidos ambientales o reflejados (a diferencia de las señales de comunicación específicas) como señales de movimiento directo o de identificación de hábitats apropiados se ha identificado recientemente como un nuevo campo de estudio denominado orientación del paisaje sonoro, y el concepto también se incluye en el campo más amplio de la ecología del paisaje sonoro en la literatura científica. 12, 13 Se ha especulado que las grandes ballenas barbadas usan señales acústicas ambientales o señales acústicas para guiar su migración. 15, 16 Del mismo modo, se ha propuesto que las señales de los paisajes sonoros puedan proporcionar a las focas en el agua un gradiente acústico destacado entre el agua abierta y las condiciones de hielo sólido mediante el cual las focas pueden orientarse para mantener el acceso al agua abierta para respirar. 17 Los estudios de laboratorio y sobre el terreno han demostrado que tanto los invertebrados como los peces utilizan señales de los paisajes sonoros para la orientación y localización del hábitat de asentamiento apropiado. Stanley et al. 18 midieron el nivel de intensidad acústica requerido para provocar asentamiento y metamorfosis en varias especies de cangrejos, y Simpson et al. 19 mostraron que los peces de arrecifes de coral parecen responder más fuertemente a los componentes de mayor frecuencia (>570 Hz) del paisaje sonoro del arrecife. Los hábitats con mayor biodiversidad suelen asociarse a paisajes acústicos más ricos en comparación con los hábitats de baja diversidad, que en sí mismos pueden ser una señal importante para la orientación animal en el agua y el aire. 13, 20, 21 Un ejemplo de la utilidad del análisis a largo plazo del paisaje sonoro es el estudio de los últimos 50 años en la costa oeste de los Estados Unidos. Tras una combinación de grabaciones desclasificadas de la Marina de los Estados Unidos y conjuntos de datos científicos, se ha documentado un aumento constante del sonido de baja frecuencia (10-200 Hz) que se atribuye principalmente a un aumento del transporte marítimo comercial. 22. Los niveles de ruido han aumentado en aproximadamente 3 dB/década (0.55 dB/año) hasta la década de 1980 23 y luego se han reducido a 0.2 dB/año. 24 Las mediciones más recientes 38 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. en esta región muestran una nivelación o una ligera disminución de los niveles sonoros desde finales de la década de 1990, a pesar del aumento del número y tamaño de los buques. 25 La ballena azul, de aleta, jorobada, el rorcual del norte y el Brydes, y el cachalotes se comunican en la banda de frecuencia de 10 a 200 Hz; el infrasonido de las olas estrellándose en tierra (que los animales marinos probablemente utilizan para la orientación) también está en esta banda. La comprensión de cómo la vida marina utiliza esta banda de frecuencia y los efectos de las contribuciones humanas en esta misma banda es el tema de muchos estudios de paisajes sonoros. Los aumentos del transporte marítimo por sí solos no explican plenamente el aumento observado de 10 a 12 dB en la banda de 20 a 40 Hz entre 1965 y 2003. 22, 26 Las actividades de exploración y producción de petróleo y gas, así como de fuentes de energía renovables, también han aumentado los niveles sonoros totales en esta banda. 27 Es probable que los niveles sonoros bióticos también hayan aumentado debido a la recuperación de las poblaciones de ballenas y al efecto Lombard, que es el aumento de la amplitud de las llamadas para compensar los niveles de ruido más elevados. El efecto Lombard se ha demostrado en humanos y en muchas poblaciones animales y puede contribuir a elevar los niveles de baja frecuencia a medida que los animales vocalizan más fuerte para ser escuchados por encima del ruido. 28 El cambio climático está aumentando la cantidad de hielo glacial que envuelve los océanos, y a medida que los glaciares se desintegran, generan ruido de baja frecuencia con grandes niveles de origen que contribuyen al presupuesto regional de ruido durante largos períodos. 29 Los límites regionales de los paisajes sonoros, incluso para las frecuencias bajas que propagan grandes distancias, están infravalorados por las diferencias en el aumento del nivel sonoro a largo plazo. Aunque los estudios reportan un aumento significativo de los niveles de ruido ambiental en el Pacífico Norte, los estudios actuales en los océanos Índico, Atlántico Sur y Pacífico ecuatorial no han observado un aumento uniforme del nivel sonoro de los océanos. 30, 31 Se sabe muy poco sobre el paisaje sonoro mundial en su conjunto, y esta es una zona activa de exploración oceánica. La teoría y las observaciones sugieren que el ruido generado por el hombre podría estar acercándose a niveles en los que podría haber efectos negativos sobre la vida marina. 27 MODELADO DEL PAISAJE SONORO Hasta ahora hemos discutido la descomposición de los sonidos medidos en los puntos del océano para explorar qué fuentes están presentes y cómo conforman el espacio acústico utilizado por los seres humanos y la vida marina (figura 1). Sin embargo, también es posible estimar un paisaje sonoro combinando las firmas acústicas de fuentes regionales. El modelado de paisajes sonoros es el proceso de componer los sonidos en un entorno basado en fuentes, ubicaciones, movimientos y condiciones de propagación acústica supuestos. Los investigadores modelarán paisajes sonoros para probar algoritmos de detección, clasificación y localización en condiciones controladas o para predecir los efectos potenciales de las actividades humanas. Tradicionalmente se han hecho supuestos de simplificación para reducir la carga computacional, especialmente para el ruido de Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 39 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. la superficie del mar causado por el viento y las olas y la pérdida de propagación acústica. A medida que aumenta la velocidad de las computadoras, las fuentes de sonido más avanzadas y los modelos de propagación permiten el desarrollo cada vez más rápido de algoritmos y una mejor comprensión de la propagación del sonido, así como la autorización solicitudes de estudio de exposición incidental a la vida marina durante actividades industriales, científicas o militares (por ejemplo, figura 5). 32 Fig. 5. Modelo del SPL a partir de una instantánea de la ubicación de los buques del sistema de identificación automatizada, que se generó como parte de la investigación de los efectos acumulativos del tráfico de buques actual y adicional proyectado en el puerto de Prince Rupert, Columbia Británica. Figura proporcionada por JASCO Applied Sciences, Nueva Escocia, Canadá, y la Autoridad Portuaria Prince Rupert. Mediciones acústicas para la conservación Entender los efectos del ruido en la vida marina motiva muchas mediciones de paisajes marinos sonoros. Los efectos del ruido a menudo se agrupan en cuatro categorías: (1) muerte y lesión, (2) efectos fisiológicos, (3) alteración del comportamiento, y (4) enmascaramiento de sonidos. La protección de la vida marina contra la muerte y las lesiones ha sido el centro de atención de la industria y los fondos gubernamentales recientes. Como resultado, sabemos más sobre qué niveles de sonidos y métricas predicen lesiones, especialmente a los mamíferos marinos, que aquellos asociados con cambios de comportamiento y enmascaramiento. Se utilizan dos mediciones de umbral para estimar el conjunto de lesiones en la vida marina. El nivel máximo de presión acústica del impulso (por ejemplo, explosión o pilotaje) se utiliza para evaluar la posibilidad 40 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. de daño fisiológico a los tejidos (por ejemplo, barotrauma en los peces). La energía sonora que puede dañar la audición en la vida marina es estimada por el SEL, que acumula energía sonora a lo largo del tiempo. 33, 34. El SEL en el medio marino es una dinámica complicada relacionada con la distancia de origen, las condiciones de propagación acústica y el solapamiento entre el contenido de frecuencia de la fuente y la sensibilidad auditiva de los animales receptores. Para la exposición al sonido humano, utilizamos la ponderación familiar A, y se proponen funciones de ponderación similares para cinco grupos de mamíferos marinos. 35 Aún no hemos entendido lo suficiente la audición de peces, tortugas marinas e invertebrados como para proponer funciones de ponderación para estos grupos. Los estudios de alteración del comportamiento y enmascaramiento auditivo están aumentando ahora que los efectos agudos del ruido se entienden mejor. Estos estudios están directamente asociados con el concepto de un paisaje sonoro; ¿cómo interpreta y reacciona la vida marina al sonido? La mayoría de los estudios de alteración del comportamiento relacionan la reacción con el nivel de presión sonora en el momento de la reacción. Se requiere mucho trabajo adicional para entender mejor qué medidas, incluyendo el movimiento de partículas, son apropiadas para entender la interrupción del comportamiento en la mayoría de los taxones. El enmascaramiento ocurre cuando la capacidad de detectar o reconocer un sonido de interés se degrada por la presencia de otro sonido, el enmascarador. 36 Las señales submarinas pueden ser enmascaradas por componentes naturales del paisaje sonoro, como el hielo marino, las interacciones entre el viento y las olas, la lluvia, los coros de animales distantes o los ataques vocales, así como por actividades trompogénicas. Mientras que los estudios de lesiones inducidas por el sonido o trastornos del comportamiento se centran únicamente en la señal de interés, los estudios de enmascaramiento deben cuantificar el ruido ambiente para estimar la relación señal-ruido, que es crítica para el apareamiento cuando un animal puede detectar una señal. ESTANDARIZANDO LA Medición de LOS paisajes sonoros MARINOS La aplicación de mediciones de paisajes sonoros en estudios que evalúan los efectos del sonido humano, cartografían la distribución de la vida marina sonífera y comprenden el papel del sonido en la ecología de la vida marina Se trata de una comunidad mucho más grande que se dedica a la monitorización acústica pasiva y al análisis del paisaje sonoro. Como resultado, la comunidad ha identificado la necesidad de desarrollar terminología y métodos estándar que ayuden a asegurar que la investigación y las mediciones de cumplimiento sean repetibles y comparables entre los proyectos. La norma 18405 de la Organización Internacional de Normalización (ISO) sobre acústica subacuática (ISO, 2017) incluye por primera vez una definición de paisaje sonoro subacuático. 37 Acústica subacuática: Caracterización del sonido ambiental en términos de sus atributos espaciales, temporales y de frecuencia y los tipos de fuentes que contribuyen al campo sonoro. El sonido ambiente es el campo sonoro medido en ausencia del ruido relacionado con el sistema de medición. El concepto de paisaje sonoro tiene Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 41 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. sus raíces en la comprensión de cómo los seres humanos interpretan el entorno sonoro urbano. La definición de la acústica subacuática no incluye elementos de percepción porque no podemos saber de manera concluyente cómo la vida marina interpreta los sonidos. La norma ISO 18405 proporciona definiciones precisas de terminología acústica subacuática que ayudarán a los grupos a intercambiar resultados utilizando una notación común. 38 La terminología de la norma ISO 18405 no define cómo describir un paisaje sonoro. Dada la amplia gama de métricas e índices que pueden utilizarse para describir un paisaje sonoro y la incertidumbre que rodea los efectos y la percepción del ruido, llegar a un consenso entre los investigadores llevará tiempo. El equipo de la Red Atlántica de Observación de Ecosistemas de Aguas Profundas (ADEON; https://adeon.unh.edu/) elaboró tres normas del proyecto, basadas en la terminología de la norma ISO 18405, que definen las métricas de referencia, la recopilación de datos y los datos métodos de procesamiento que el proyecto utilizará para medir y documentar el paisaje sonoro. El equipo del proyecto espera que los documentos (disponibles en el sitio web del proyecto) iniciarán un debate que conduzca a un consenso sobre la descripción mínima de un paisaje sonoro submarino, probablemente a través de un nuevo grupo de trabajo en el Comité Técnico 43 de la ISO. (actualizado en 2018) Sonido oceánico: Una variable oceánica esencial La ampliación de los esfuerzos para medir los paisajes marinos concuerda con la mayor atención que se presta a los sistemas de observación de los océanos. El Sistema Mundial de Observación de los Océanos (SMOO) fue desarrollado por la Comisión Oceanográfica Intergubernamental de la UNESCO en torno a tres temas fundamentales para comprender mejor el clima oceánico, los ecosistemas y las repercusiones y vulnerabilidades humanas: 1) servicios en tiempo real (www.goosocean.org). El sistema coordinado de observatorios oceánicos a largo plazo se basa en un marco diseñado para ser flexible, adaptarse a la innovación científica, abordar las necesidades de la sociedad y ofrecer un sistema de observación con una base de usuarios máxima y un impacto social. El marco del SMOO relaciona todas las observaciones de los océanos con vehículos todo terreno para garantizar mediciones que atraviesan las plataformas de observación y representan el plan más rentable para proporcionar una cobertura mundial opcional para cada vehículo todo terreno. Los grupos de expertos del SMOO consideran las EOV en términos de preparación científica, relevancia social y viabilidad. Las diversas aplicaciones de la información obtenida del estudio de los océanos inspiraron al Programa Internacional de Experimentos Oceánicos Silenciosos (www.IQOE.org) para proponer Ocean Sound como EOV al Grupo de Biología y Ecosistemas del SMOO para su inclusión en la red del SMOO. Aunque el sonido de los océanos es una medida física característica del medio marino, se consideró que el Grupo de Biología y Ecosistemas era el más apropiado para la presentación, ya que la mayoría de los productos oceánicos sanos derivados de su medición tienen aplicaciones biológicas y ecosistémicas directas o indirectas relacionadas con la economía, la alimentación, la conservación y el clima, 42 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. y la sostenibilidad (tabla 1). Ocean Sound se ocupa de 7 de las 10 presiones sociales del SMOO y de los 9 motores sociales del SMOO (tabla 1). La escala de observación de las redes de sonido oceánico y las plataformas de grabación permitirá estudiar fenómenos que van desde eventos acústicos únicos hasta tendencias a largo plazo en el sonido ambiental (figura 6). El Ocean Sound EOV forjará importantes avances en nuestra comprensión de los paisajes sonoros oceánicos, los efectos que tiene en la vida marina y cómo se puede utilizar el monitoreo acústico para evaluar la biodiversidad y la salud de los ecosistemas. Fig. 6. Arriba: escalas observacionales de plataformas de registro de la variable oceánica esencial de Ocean Sounds (EOV). Los sensores de registro pasivo varían en tamaño y capacidad de registro desde pequeñas etiquetas de despliegue cortas conectadas directamente a los animales hasta sensores autónomos de capacidad intermedia a observatorios de gran escala con sensores cableados directamente a la costacapacidad de registro de términos. Bot-tom: fenómenos acústicos que serán captados por la gama Ocean Sound EOV en escala desde la detección acústica única de un buque que pasa o terremotos no-acuáticos hasta tendencias a largo plazo en el sonido ambiental del océano durante décadas. Ocean Sound apoya la derivación de métricas e índices acústicos que estiman la biodiversidad del ecosistema, la abundancia de ballenas cantantes y los efectos del cambio ambiental a nivel individual y poblacional. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 43 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. Tabla 1. Información básica sobre las variables oceánicas para el sonido oceánico. Subvariables Presión acústica y movimiento de partículas Productos derivados Campo sonoro y tendencias, Niveles de presión sonora, Niveles de espectro, Niveles de banda (por ejemplo, banda de octava), Paisaje sonoro, Niveles de fuente, e Indicadores de biodiversidad Variables de apoyo Fuentes: Distribución y características de las fuentes antropógenas, abióticas y bióticas. Parámetros de propagación: Perfiles de velocidad acústica; Corrientes oceánicas y otros fenómenos oceanográficos físicos; Condiciones frontera (por ejemplo, rugosidad de la superficie del mar, características del hielo marino [por ejemplo, rugosidad y espesor], y del fondo marino [batimetría, propiedades geoacústicas]). Receptores: Sensibilidad hidrófona en función de la frecuencia y direccionalidad del sistema receptor Impulsores sociales (1) Necesidad de acceso a los conocimientos científicos y a los datos, (2) Crecimiento y desarrollo económico sostenible, (3) Conservación de la biodiversidad y los ecosistemas, (4) Uso sostenible de la biodiversidad y los recursos en general, (5) Calidad y salud medioambientales, (6) Creación de capacidad y transferencia de tecnología, (7) Seguridad alimentaria, (8) Prevención de amenazas y mitigación de los efectos, y (9) Mejorar la gestión mediante un enfoque integrado de los ecosistemas. Presiones sociales (1) Cambio climático, 2) acidificación de los océanos, 3) fenómenos meteorológicos extremos, 4) pérdida de recursos (hábitats y biodiversidad), 6) minería, 9) ruido y 10) desarrollo costero. VISIÓN AL FUTURO En la última década se ha avanzado considerablemente en el estudio y la aplicación de los paisajes sonoros submarinos, pero todavía hay una brecha significativa en la aplicación de la construcción perceptiva de paisajes sonoros submarinos a la vida marina en términos de enmascaramiento y sentido del espacio comunitario como se refleja en la literatura del paisaje sonoro humano. El reto de integrar la percepción en las aplicaciones del paisaje sonoro subacuático se refiere a la de los colegas del paisaje sonoro terrestre que están lidiando con la percepción del paisaje sonoro en la vida silvestre. Probablemente nunca entenderemos la percepción de todos los taxones animales para identificar y cuantificar su experiencia de los paisajes submarinos y terrestres. Un paso adelante que se puede lograr es comprender mejor las capacidades auditivas y la variabilidad entre los individuos y las especies y en términos del contexto relacionado con la edad, el género, la exposición previa al ruido y el estado de comportamiento. Se trata de un esfuerzo elevado porque existen diversos órganos de protección del sonido empleados bajo el agua, por ejemplo, orejas de mamíferos similares a las nuestras, órganos otolitos en peces, y órganos estatocistas en invertebrados. Este conocimiento es fundamental para ponderar adecuadamente los paisajes sonoros de diferentes grupos de animales a fin de evaluar los efectos relacionados con la exposición al sonido o el entorno acústico cambiante. 44 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. También es importante dejar claro que este artículo no aborda directamente el componente de movimiento de partículas del sonido en el paisaje sonoro. Sin embargo, reconocemos que este es un componente increíblemente importante del paisaje sonoro para una mayoría de taxones marinos (por ejemplo, peces, invertebrados) que sienten este componente del sonido. 4 Esta brecha existe porque históricamente la instrumentación para medir el movimiento de partículas en el océano abierto no ha sido fácilmente accesible para la comunidad investigadora. A medida que la nueva tecnología esté disponible para medir este parámetro del campo sonoro bajo el agua, esperamos emocionantes avances en el conocimiento y las aplicaciones del paisaje sonoro submarino. El último y posiblemente el desafío abierto más importante asociado con los paisajes sonoros oceánicos es cómo comprender mejor las mediciones acústicas y los modelos en seis dimensiones. La naturaleza interdisciplinaria de la investigación del paisaje sonoro debe ampliarse de nuevo para abarcar a los informáticos, a los psicoanalistas cognitivos y a los expertos en tecnología de Internet para avanzar en la percepción de paisajes sonoros submarinos o imágenes de paisajes sonoros bidimensionales para abarcar combinaciones innovadoras de representación visual y auditiva para capturar completamente la complejidad del paisaje sonoro de una manera que podamos percibir mejor. Agradecimientos Agradecemos a Arthur Popper sus invaluables comentarios y comentarios sobre los borradores de este documento. Jennifer L. Miksis-Olds fue financiada por el Bureau of Ocean Energy Management Contract ADEON M16PC00003. Referencias 1. Jennings, P., and Cain, R. (2013). A framework for improving urban soundscapes. Applied Acoustics 74(2), 293-299. 2. De la Estrategia de Ruido Oceánico de la NOAA. Disponible en http:// acousticstoday.org/nefsc 3. van Opzeeland, I. C., and Miksis-Olds, J. L. (2012). Acoustic ecology of pinnipeds in polar habitats. In Eder, D. L. (Ed.), Aquatic Animals: Biology, Habitats, and Threats. Nova Science Publishers, Inc., New York, pp. 1-52. 4. Hawkins, A. D., and Popper, A. N. (2017). A sound approach to assessing the impact of underwater noise on marine fishes and invertebrates. ICES Journal of Marine Science 74, 635-651. 5. Mann, D. A. (2012). Remote sensing of fish using passive acoustic monitoring. Acoustics Today 8(3), 8-15. 6. Au, W. W. L., and Lammers, M. O. (Eds). (2016). Listening in the Ocean. Springer-Verlag, New York. 7. Miksis-Olds, J. L., Stabeno, P. J., Napp, J. M., Pinchuk, A. I., Nystuen, J. A., Warren, J. D., and Denes, S. L. (2013a). Ecosystem response to a temporary sea ice retreat in the Bering Sea. Progress in Oceanography 111, 38-51. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 45 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. 8. Staaterman, E., Paris, C. B., DeFerrari, H. A., Mann, D. A., Rice, A. N., and D’Alessandro, E. K. (2014). Celestial patterns in marine soundscapes. Marine Ecology Progress Series 508, 17-32. 9. McWilliam, J. N., and Hawkins, A. D. (2013). A comparison of inshore marine soundscapes. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 446, 166-176. 10. Parks, S. E., Miksis-Olds, J. L., and Denes, S. L. (2014). Assessing marine ecosystem acoustic diversity across ocean basins. Ecological Informatics 21, 81-88. 11. Harris, S. A., Shears, N. T., and Radford, C. A. (2016). Ecoacoustic indices as proxies for biodiversity on temperate reefs. Methods in Ecology and Evolution 7, 713-724. 12. Slabbekoorn, H., and Bouton, N. (2008). Soundscape orientation: A new field in need of sound investigation. Animal Behaviour 76, e5-e8. 13. Pijanowski, B. C., Villanueva-Rivera, L. J., Dumyahn, S. L., Farina, A., Krause, B. L., Napoletano, B. M., Gage, S. H., and Pieretti, N. (2011). Soundscape ecology: The science of sound in the landscape. BioScience 61, 203-216. 14. Soundscape Ecology of the Anthropocene – Hans Slabbekoorn 15. Able, K. P. (1980). Mechanisms of orientation, navigation, and homing. In Gauthreaux, S. A., Jr. (Ed.), Animal Migration, Orientation, and Navigation. Academic Press, New York, pp. 283-373. 16. Kenney, R. D., Mayo, C. A., and Winn, H. E. (2001). Migration and foraging strategies at varying spatial scales in western North Atlantic right whales: A review of hypothesis. Journal of Cetacean Research Management 2, 251260. 17. Miksis-Olds, J. L., and Madden, L. E. (2014). Environmental predictors of ice seal presence in the Bering Sea. PLoS ONE 9, e106998. 18. Stanley, J. A., Radford, C. A., and Jeffs, A. G. (2011). Behavioural response thresholds in New Zealand crab megalopae to ambient underwater sound. PLoS ONE 6, e28572. 19. Simpson, S. D., Meekan, M. G., Jeffs, A., Montgomery, J. C., and McCauley, R. D. (2008). Settlement-stage coral reef fish prefer the higher-frequency invertebrate-generated audible component of reef noise. Animal Behaviour 75, 1861-1868. 20. Sueur, J., Pavoine, S., Hamerlynck, O., and Duvail, S. (2008). Rapid acoustic survey for biodiversity appraisal. PLoS ONE 3, e4065. 21. Stanley, J. A., Radford, C. A., and Jeffs, A. G. (2012). Location, location, location: Finding a suitable home among the noise. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences 270, 3622-3631. 22. Ross, D. (2005). Ship sources of ambient noise. IEEE Journal of Ocean Engineering 30, 257-261. 23. McDonald, M. A., Hildebrand, J. A., and Wiggins, S. M. (2006). Increases in deep ocean ambient noise in the Northwest Pacific west of San Nicolas Island, California. The Journal of the Acoustical Society of America 120, 711-717. 46 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. 24. Chapman, N. R., and Price, A. (2011). Low frequency deep ocean ambient noise trend in the Northeast Pacific Ocean. The Journal of the Acoustical Society of America 129, EL161-EL165. 25. Andrew, R. K., Howe, B. M., and Mercer, J. A. (2011). Long-time trends in ship traffic noise for four sites off the North American West Coast. The Journal of the Acoustical Society of America 129, 642-651. 26. Ross, D. (1993). On ocean underwater ambient noise. Acoustic Bulletin 18, 5-8. 27. Boyd, I. L., Frisk, G., Urban, E., Tyack, P., Ausubel, J., Seeyave, S., Cato, D., Southall, B., Weise, M., Andrew, R., Akamatsu, T., Dekeling, R., Erbe, C., Farmer, D., Gentry, R., Gross, T., Hawkins, A., Li, F., Metcalf, K., Miller, J. H., Moretti, D., Rodrigo, C., and Shinke, T. (2011). An International Quiet Ocean Experiment. Oceanography 24, 174-181. 28. Tyack, P. L. (2008). Implications for marine mammals of large-scale changes in the marine acoustic environment. Journal of Mammalogy 89, 549-558. 29. Dziak, R., Fowler, M. J., Matsumoto, H., Bohnenstiehl, D. R., Park, M., Warren, K., and Lee, W. S. (2013). Life and death sounds of iceberg A53a. Oceanography 26, 10-12. 30. Miksis-Olds, J. L., Bradley, D. L., and Niu, X. M. (2013b). Decadal trends in Indian Ocean ambient sound. The Journal of the Acoustical Society of America 134, 3464-3475. 31. Miksis-Olds, J. L., and Nichols, S. M. (2016). Is low frequency ocean sound in- creasing globally? The Journal of the Acoustical Society of America 139, 501- 511. 32. Aulanier, F., Simard, Y., Roy, N., Gervaise, C., and Bandet, M. (2017). Effects of shipping on marine acoustic habitats in Canadian Arctic estimated via probabilistic modeling and mapping. Marine Pollution Bulletin 125(1-2), 115-131. 33. Popper, A. N., Hawkins, A. D., Fay, R. R., Mann, D. A., Bartol, S., Carlson, T. J., Coombs, S., Ellison, W. T., Gentry, R. L., Halvorsen, M. B., Lokkeborg, S., Rogers, P., Southall, B. L., Zeddies, D. G., and Tavolga, W. N. (2014). ASA S3/SC1.4 TR-2014 Sound Exposure Guidelines for Fishes and Sea Turtles: A Technical Report Prepared by ANSI-Accredited Standards Committee S3/SC1 and Registered with ANSI. Springer International Publishing, Cham, Switzerland. 34. National Marine Fisheries Service (NMFS). (2016). Technical Guidance for Assessing the Effects of Anthropogenic Sound on Marine Mammal Hearing: Underwater Acoustic Thresholds for Onset of Permanent and Temporary Threshold Shifts. NOAA Technical Memorandum NMFS-OPR-55, NOAA, US Department of Commerce, Silver Spring, MD. Available at http:// acousticstoday.org/noaaagt. Accessed October 16, 2017. 35. Southall, B. L., Bowles, A. E., Ellison, W. T., Finneran, J. J., Gentry, R. L., Greene, C. R., Jr., Kastak, D., Ketten, D. R., Miller, J. H., Nachtigall, P. E., and Richardson, W. J. (2007). Marine mammal noise exposure criteria: Initial scientific recommendations. Aquatic Mammals 33(4), 411-521. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 47 �Explorando el océano a través de paisajes sonoros / Jennifer L. Miksis-Olds, et al. 36. Dooling, R. J., Leek, M. R., and Popper, A. N. (2015). Effects of noise on fishes: What we can learn from humans and birds. Integrative Zoology 10, 29-37. 37. International Organization for Standardization (ISO). (2017). 38. Underwater Acoustics—Terminology. Standard ISO/DIS 18405.2:2017, prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 3, Under- water Acoustics, ISO, Geneva, Switzerland. Available at https://www. iso. org/standard/62406.html. Accessed October 16, 2017. 48 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas Javier Ramón Sotomayor-Castellanos, Israel Macedo-Alquicira, Eduardo Mendoza-González Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo madera999@yahoo.com RESUMEN El objetivo de la investigación fue determinar la densidad básica, el contenido de humedad inicial, el máximo contenido de humedad, el punto de saturación de la fibra, el porciento de pared celular y el porciento de espacios vacíos de ocho maderas mexicanas: Cupressus lindleyi, Cedrela odorata, Swietenia macrophylla, Tabebuia donnell-smithii, Fraxinus uhdei, Fagus mexicana, Dalbergia palo-escrito y Guazuma ulmifolia. La variabilidad de las características higroscópicas de las maderas estudiadas puede explicarse por las diferencias en las particularidades anatómicas propias de cada especie. Sin embargo, sus correlaciones estadísticas, así como sus magnitudes se sitúan en los rangos reportados en la bibliografía. PALABRAS CLAVE Variabilidad, hidratado de la madera, secado de la madera, correlaciones estadísticas. ABSTRACT The objective of the research was to determine the basic density, the initial moisture content, the maximum moisture content, the fiber saturation point, the cell wall percentage and the void space percentage of eight Mexican woods: Cupressus lindleyi, Cedrela odorata, Swietenia macrophylla, Tabebuia donnellsmithii, Fraxinus uhdei, Fagus mexicana, Dalbergia palo-escrito and Guazuma ulmifolia. The variability of the hygroscopic characteristics of the woods studied can be explained by the differences in the anatomical characteristics of each species. However, their magnitudes are within the ranges reported in the bibliography. KEYWORDS Variability, wood hydration, wood drying, statistical correlations. INTRODUCCIÓN La demanda de materiales sostenibles y procesos responsables con el ambiente en la industria de la construcción ha generado un renovado interés en la investigación de las propiedades esenciales de la madera y sus aplicaciones derivadas, específicamente, para el desarrollo de sistemas de adaptación arquitectónicos de baja tecnología. La capacidad de diseñar compuestos de madera cuyo estado de tensión permanezca limitado bajo los cambios de la humedad ambiental es beneficiosa para cualquier aplicación de ingeniería, sometida a una variación repetida de la carga, como son los sistemas adaptativos. 1 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 49 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. La investigación de la densidad y las características higroscópicas de la madera encuentran aplicación práctica en el diseño de productos y en la concepción de piezas de ingeniería de este material. Otra aplicación a nivel industrial es el comportamiento y control de procesos industriales. Por ejemplo, el punto de saturación de la fibra, el porciento de espacios vacíos, el porciento de pared celular y el máximo contenido de humedad de una especie son parámetros necesarios para optimizar los procesos de secado y/o de impregnado de madera. 2 El fenómeno de la higroscopía en la madera sólida se observa desde dos escalas: a nivel micro, se estudia la proporción de los componentes químicos fundamentales de la madera que determinan sus propiedades higroscópicas. 3 A nivel macro, se analiza el acomodo relativo de los tejidos celulares que forman capas de crecimiento, lo que resulta en las propiedades de anisotropía de la madera. 4 Las investigaciones sobre el fenómeno de higroscopía están orientadas preferentemente a: 1. Caracterizar la expansión y/o la contracción dimensional de la madera ocasionadas por tratamientos de humidificación y/o de secado; 5, 6 2. Determinar los parámetros relacionados con la higroscopicidad de la pared celular de la madera, como son el punto de saturación de la fibra, el máximo contenido de humedad que puede contener la madera, las proporciones de la pared celular y de los espacios vacíos del tejido celular; 2, 7, 8 3. Mejorar la estabilización dimensional de la madera por tratamientos químicos, 9-11 térmicos 12, 13 y mecánicos; 1, 14-16 4. Identificar caracteres intrínsecos de la madera como factor de variación dimensional; 3, 17, 18 y 5. Estudiar su estructura anatómica 19, 20 y su composición química 21, 22 como agentes que afectan el fenómeno de higroscopia. La información sobre las características higroscópicas de maderas endémicas de México está recopilada por Tamarit y Fuentes, 2 Tamarit y López, 23 Silva 24 y Bárcenas. 25 Debido a la biodiversidad en las características anatómicas entre especies y a las particularidades en los procedimientos experimentales utilizados, la bibliografía reporta una amplia variedad en las magnitudes de los parámetros calculados. Con excepción de Torelli y Gorišek 26, 27 quienes retoman los datos del Estudio promocional de 43 especies de la Selva Lacandona, realizado en 1980 [Anexo] y publicado por la Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos (1982), 28 no hay un estudio intensivo de las características higroscópicas medibles durante procesos controlados de humidificación y secado. Así, parece razonable la caracterización de su comportamiento higroscópico desde un enfoque de análisis especie por especie y la síntesis integral de resultados obtenidos en condiciones experimentales similares. El objetivo de la investigación fue determinar las características higroscópicas de ocho maderas mexicanas: Cupressus lindleyi Klotzsch ex Endl., Cedrela odorata L., Swietenia macrophylla King, Tabebuia donnell-smithii Rose, Fraxinus uhdei (Wenz.) Lingelsh, Fagus mexicana Martínez, Dalbergia paloescrito Rzed. & Guridi-Gómez y Guazuma ulmifolia Lam. Algunas de estas características de las especies en estudio están reportadas en investigaciones anteriores. Con todo, los resultados de la presente investigación son originales e inéditos. 50 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al.t al. MATERIALES Y MÉTODOS El material experimental proviene del banco de maderas que forma parte del programa de caracterización física y mecánica de especies mexicanas, del Laboratorio de Mecánica de la Madera, en la Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera, de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. La madera se almacenó en una cámara de acondicionamiento (temperatura de 20 °C ± 1 °C; humedad relativa del aire de 65 % ± 5%) hasta que su peso fue constante. Para cada una de las especies, se recortaron 18 probetas con dimensiones de 0.02 m × 0.02 m × 0.06 m alineados en las direcciones radial (R), tangencial (T) y longitudinal (L) respectivamente. Las pruebas de higroscopía consistieron en las siguientes etapas: 1. Medición del peso y las dimensiones de las probetas en estado de humedad inicial de la madera; 2. Hidratación de las probetas en un baño de agua con temperatura de 20° C durante 72 horas; 3. Medición del peso y las dimensiones de las probetas en estado saturado después del tratamiento de hidratado; 4. Secado de las probetas en un horno con temperatura de 103 °C durante 48 horas; 5. Medición del peso y las dimensiones de las probetas en estado anhidro después del tratamiento de secado. La figura 1 ilustra el contenido de humedad en los diferentes estados de la madera en función del tiempo de hidratado y de secado. La tabla I presenta las ecuaciones utilizadas y los símbolos utilizados para calcular los parámetros estudiados. Fig 1. Contenido de humedad (CH) en función del tiempo en las pruebas de higroscopía. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 51 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. Tabla I. Parámetros, ecuaciones y símbolos utilizados. Ecuaciones No. Referencias CHini = ((Pini - Panhidro)/Panhidro) × 100 (1) 29 ρ0 = Panhidro/Vsat (2) 30 MCH = ((1530 - ρ0)/(1530 × ρ0)) × 100 (3) 2 PC = (ρ0/1530) × 100 (4) 2 EV = (1 - ρ0/1530) × 100 (5) 2 PSF = ((Vsat - Vanhidro)/Vsat) × (100/0.9 × ρ0)) (6) 7 Símbolos Subíndices CH = Contenido de humedad (%) ini = Estado de humedad inicial ρ0 = Densidad básica (kg m-3) anhidro = Estado de humedad anhidro P = Peso (kg) sat = Estado de humedad saturado V = Volumen (m3) Nota: el valor constante de 1530 (kg m-3) en las ecuaciones (4) y (5) es el de la gravedad especifica de la sustancia madera. 2 MCH = Máximo contenido de humedad (%) PC = Porciento de pared celular (%) EV = Porciento de espacios vacíos (%) PSF = Punto de saturación de la fibra (%) DISEÑO EXPERIMENTAL La unidad experimental consistió en madera de ocho especies: C. lindleyi, C. odorata, S. macrophylla, T. donnell-smithii, F. uhdei, F. mexicana, D. paloescrito y G. ulmifolia. La estrategia experimental se orientó hacia la comparación de resultados especie por especie, la cual se consideró el factor de variación clasificado en ocho niveles. Se evaluaron 18 réplicas (probetas) de cada una de ellas. Así, se estudiaron 144 probetas agrupadas en ocho muestras independientes. Las variables de respuesta fueron: contenido de humedad inicial (ecuación 1), densidad básica (ecuación 2), máximo contenido de humedad (ecuación 3), punto de saturación de la fibra (ecuación 4), porciento de pared celular (ecuación 5) y porciento de espacios vacíos (ecuación 6). Para cada muestra se determinaron su media (μ), su desviación estándar (σ) y su coeficiente de variación (CV = σ / μ). Para verificar la homogeneidad en las variables densidad básica y contenido de humedad correspondiente al estado inicial de la madera, se realizaron pruebas de normalidad en las distribuciones de sus datos. El criterio de demarcación para aceptar normalidad fueron valores del sesgo estandarizado (SE) y del apuntamiento estandarizado (AE) al interior del intervalo [-2, +2]. Asimismo, se realizaron pruebas de verificación (Ver-var) y análisis de varianza (Anova). Se verificó la hipótesis nula H0: μ1 + μ2 = 0, donde μ1 y μ2 representan las medias de las muestras y se contrastó con la hipótesis alterna H1: μ1 + μ2 ≠ 0. Se realizaron pruebas de rangos múltiples con el criterio de no aceptar diferencias estadísticamente significativas entre niveles (especies) que comparten una misma columna de X. Todas las pruebas estadísticas se efectuaron para un nivel de confianza de 95 %. Así, el criterio de demarcación para aceptar una diferencia estadísticamente 52 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. significativa fue un valor de P(α = 0.05) < 0.05. Se evaluaron correlaciones lineales (y = ax ± b) y potencia (y = axb) y se determinaron los coeficientes 2 de determinación (R ) de las variables de respuesta en función de la densidad básica. Las ponderaciones para calificar la intensidad de las correlaciones fueron los valores del coeficiente de determinación propuestos por Tippner et al. 31 2 correlación muy alta: 1 ≥ R ≥ 0.9; correlación alta: 0.9 > R2 ≥ 0.7; correlación 2 2 2 media: 0.7 > R ≥ 0.4; correlación baja: 0.4 > R ≥ 0.2; y correlación nula: R < 0.2. Por último, los resultados de esta investigación se compararon con datos de la bibliografía adaptados de Torelli y Gorišek. 26, 27 RESULTADOS Y DISCUSIÓN Contenido de humedad Para las ocho maderas, los valores promedio del contenido de humedad inicial fluctuaron entre un mínimo de 8.1 % (D. palo-escrito) y un máximo de 9.7 % (F. mexicana) y su variación entre especies refleja un coeficiente de variación del 6 % (tabla II). Al interior de cada especie, el contenido de humedad varió desde 6 % (F. mexicana) hasta 17 % (T. donnell-smithii) (tabla III). Por su parte, los valores del sesgo y apuntamiento estandarizados, obtenidos de las pruebas de normalidad en las muestras homogéneas de 18 probetas cada una, se ubican al interior del intervalo que satisface el criterio de demarcación [-2 - +2], lo que permite considerar que estos resultados corresponden a distribuciones normales. Asimismo, las pruebas de rangos múltiples indican grupos homogéneos para todas las especies. Estos resultados sugieren que el contenido de humedad inicial fue homogéneo en las probetas y no interviene de manera significativa en el análisis subsiguiente. El contenido de humedad inicial es calculado con la ecuación (1) a partir de mediciones directas del peso inicial y el peso en estado anhidro (figura 1). Tabla II. Densidad básica y características higroscópicas. Especies ρ0 CHini PSF MCH PC EV (kg m-3) (%) (%) (%) (%) (%) Cupressus lindleyi 388 8.7 20 194 25 75 Cedrela odorata 439 8.9 25 171 29 71 Swietenia macrophylla 460 8.7 20 153 30 70 Tabebuia donnell-smithii 522 8.4 21 127 34 66 Fraxinus uhdei 528 9.5 20 125 35 65 Fagus mexicana 515 9.7 27 129 34 66 Dalbergia palo-escrito 537 8.1 16 124 35 65 Guazuma ulmifolia 573 9.0 27 110 37 63 μ 495 9.0 22 142 32 68 CV (12) (6) (18) (20) (12) (6) ρ0 = Densidad básica; CHini = Contenido de humedad inicial; CHmax = Contenido de humedad máximo experimental; MCH = Máximo contenido de humedad; PSF = Punto de saturación de la fibra; PC = Porciento de pared celular; EV = Porciento de espacios vacíos; μ = Media; CV = Coeficiente de variación en porciento y entre paréntesis. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 53 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. El contenido de humedad de la madera en su estado saturado medido experimentalmente después de 72 horas de hidratado (fig. 1) indica un valor promedio de 59 % con un coeficiente de variación de 20 % y con un mínimo de 42 % para S. macrophylla y un máximo de 81 % para C. lindleyi (tabla II). Estos resultados son semejantes a los reportados por Shukla y Kandem 32 para nueve maderas hidratadas durante 48 horas. Sus datos indican un contenido de humedad promedio de 50 % con un coeficiente de variación de 30 % para especies con densidades básicas que van desde 448 kg m-3 hasta 950 kg m-3. Estos resultados sugieren que el tiempo de hidratado de 72 horas de esta investigación fue suficiente para alcanzar contenidos de humedad en estado saturado superiores a los puntos de saturación de la fibra y suficientes para alcanzar la máxima expansión. Tabla III. Coeficiente de variación (entre paréntesis) para el contenido de humedad y la densidad básica, sesgo estandarizado, apuntamiento estandarizado y grupos homogéneos de las muestras observadas. Especies CV SE* AE* (%) [-2 - +2] [-2 - +2] Grupos Homogéneos# Contenido de humedad (CH) Dalbergia palo-escrito (10) -1.631 0.836 X Tabebuia donnell-smithii (17) -1.747 1.951 X X Cupressus lindleyi (7) 1.675 0.644 X X Swietenia macrophylla (8) 0.193 -0.656 X X Cedrela odorata (9) 1.995 1.459 X Guazuma ulmifolia (11) 1.110 1.275 X Fraxinus uhdei (14) -1.513 -0.035 Fagus mexicana (6) 1.885 0.436 X X X X Densidad básica (ρ0) Cupressus lindleyi (7) -0.449 -0.914 X Cedrela odorata (19) -0.663 -0.697 X Swietenia macrophylla (7) -0.156 -1.177 X Tabebuia donnell-smithii (5) -0.576 -0.063 X Fraxinus uhdei (6) -0.007 -1.401 X Fagus mexicana (4) 1.467 -0.683 X Dalbergia palo-escrito (13) 0.384 0.084 X Guazuma ulmifolia (7) -0.038 -0.728 X * Se acepta normalidad en la distribución de las muestras para valores del sesgo estandarizado (SE) y del apuntamiento estandarizado (AE) al interior del intervalo [-2, +2]; # No existen diferencias estadísticamente significativas entre aquellas especies que comparten una misma columna de X. 54 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. Densidad básica Las magnitudes promedio de la densidad básica de la madera para cada una de las especies variaron en el intervalo que va desde 388 kg m-3 (C. lindleyi) hasta 573 kg m-3 (G. ulmifolia) (tabla II) y muestran un coeficiente de variación entre especies de 12 %. En comparación con los datos reportados por Torelli y Gorišek 26, 27 con un rango que va desde un mínimo de 317 kg m-3 (S. parahibum) hasta un máximo de 1060 kg m-3 (Q. skinneri) (Anexo), la amplitud del intervalo de valores de la densidad básica de la presente investigación es menor. Sin embargo, el coeficiente de variación de 22 % es solamente 4 % menor al calculado para los datos bibliográficos mencionados, el cual es de 26 %. Los coeficientes de variación, que representan la variabilidad al interior de cada especie, van desde un mínimo de 4 % (F. mexicana) hasta un máximo de 19 % (C. odorata). Asimismo, las pruebas de normalidad en las muestras homogéneas de 18 probetas cada una indican distribuciones normales (tabla III). Las pruebas de rangos múltiples indican grupos homogéneos para C. odorata y S. macrophylla y para T. donnell-smithii, F. uhdei, F. mexicana y D. palo-escrito. En este mismo sentido, Sotomayor y Ramírez 33, a partir del análisis de una base de datos de las características higroscópicas de 134 especies mexicanas, así como De Almeida et al. 34 en su estudio de 15 maderas brasileñas, perciben incompleto el enfoque tradicional de calificar la calidad de una especie o las características de una madera, únicamente en relación con su densidad básica. Punto de saturación de la fibra El valor promedio del punto de saturación de la fibra (ecuación 6) de las ocho especies investigadas en esta investigación (tabla II) es 4 % menor que el publicado por Torelli y Gorišek 26, 27, el cual es de 26 %. Además, su coeficiente de variación es 8 % menor respecto al calculado para las 43 especies de referencia que es de 26 %. Asimismo, en la presente investigación, la correlación del punto de saturación de la fibra, en función de la densidad básica, indica un coeficiente de determinación bajo, calculado con un estrecho intervalo de densidades básicas para ocho especies. En cambio, el coeficiente de determinación de las maderas referidas de la bibliografía califica como medio para un amplio espectro de densidades básicas de 43 especies (figura 2). Por razones de escala en esta figura y en las siguientes no se visualizan todos los puntos analizados. Estos resultados coinciden con los de De Almeida et al. 35 quienes reportan un coeficiente de determinación nulo de 0.09 entre el punto de saturación de la fibra y la densidad básica para 15 maderas brasileñas. No obstante, los resultados de la presente investigación van en sentido diferente a los de Hernández 8 quien reporta un coeficiente de determinación alto de 0.82, derivado de una regresión lineal con tendencia negativa entre el punto de saturación de la fibra y la densidad básica para nueve especies de Perú. En relación con estudios de grupos de maderas mexicanas, Bárcenas 36 reporta para especies de la Selva Lacandona valores del punto de saturación de la fibra que van desde un mínimo de 20 % (Astronium graveolens) hasta un máximo de 33 % (Schizolobium parahibum), todo esto para maderas con densidades básicas desde 300 kg m-3 (Schizolobium parahibum) hasta 860 kg m-3 (Manilkara zapota). Sus datos correlacionan linealmente con una tendencia negativa PSF = -0.0163 ρ0 + 34.8 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 55 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. y un bajo coeficiente de 0.33. En el mismo contexto, Fuentes 7 utiliza datos de diez especies publicados por Bárcenas 36 y ajusta los valores del punto de saturación de la fibra para calcular una correlación lineal con tendencia negativa PSF = -0.0265 ρ0 + 42.4 con un coeficiente de determinación medio R² = 0.47. Por su parte, Tamarit y Fuentes 2 analizan datos publicados para especies mexicanas por Bárcenas 37 y Fuentes. 7 La correlación lineal calculada con sus datos indica una tendencia negativa PSF = -0.025 ρ0 + 39.9 con un coeficiente de determinación medio R² = 0.47. Sotomayor y Ramírez 33 publicaron una base de datos de características higroscópicas de la madera que contiene datos del punto de saturación de la fibra de 134 especies. En el mismo contexto, el análisis de correlación lineal de los datos de Sotomayor y Ramírez 38 indican una tendencia negativa PSF = -0.0253 ρ0 + 34.5 con un coeficiente de determinación medio R² = 0.47 para 12 maderas mexicanas. Fig. 2. Correlaciones entre del punto de saturación de la fibra y la densidad básica. En estudios puntuales de especies mexicanas, Sotomayor y Ramírez 39 publican valores del punto de saturación de la fibra para Lysiloma spp. (ρ0 = 593 kg m-3) de 25 %; por su parte, Sotomayor 40 reporta para Gyrocarpus americanus (ρ0 = 334 kg m-3) un punto de saturación de la fibra de 31 %; y más recientemente, Sotomayor et al. 41 informan del punto de saturación de la fibra para Enterolobium cyclocarpum (ρ0 = 407 kg m-3) de 23 %, para C. lindleyi (ρ0 = 438 kg m-3) de 21 % y para C. odorata (ρ0 = 441 kg m-3) de 24 %, valores para estas dos últimas especies similares a los de esta investigación. La discrepancia en las magnitudes y tendencias estadísticas de los datos publicados es frecuente en investigación en ciencias de la madera. Resultado que muestra la variabilidad natural de las propiedades higroscópicas entre y al interior de una misma especie, originada por la variedad en su estructura anatómica. 42 Sin embargo, las correlaciones indican un decremento del punto de saturación de la fibra a medida que la densidad básica de la madera aumenta, con coeficientes de determinación calificados como medios. 56 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. Máximo contenido de humedad El máximo contenido de humedad varía desde un mínimo de 110 % (G. ulmifolia) hasta un máximo de 194 % (C. lindleyi) (tabla II). El coeficiente de variación entre especies es similar al del punto de saturación de la fibra de las ocho especies estudiadas. A medida que la densidad básica de la madera aumenta, disminuye su capacidad para contener humedad. Este parámetro está calculado con la ecuación (3) que depende de las mediciones de la relación peso anhidro/volumen saturado y está fundamentado en la propuesta de Tamarit y Fuentes 2 acerca de las relaciones teóricas entre la cantidad de materia presente en un volumen de material poroso como lo es la madera. De tal suerte, a medida que aumenta la densidad básica, disminuye la porosidad y el contenido de humedad máximo disminuye. Este argumento se cuantifica con la correlación potencial entre el máximo contenido de humedad y la densidad básica de la madera (figura 3). Fig. 3. Correlaciones entre el máximo contenido de humedad y la densidad básica. En el mismo contexto, la correlación potencial de la presente investigación es similar a la calculada con los datos de Torelli y Gorišek 26, 27 (figura 3). Además, sigue la misma tendencia estadística de Tamarit y Fuentes 2 quienes analizan datos publicados para especies mexicanas por Bárcenas 37 y Fuentes. 7 La correlación potencial calculada con estos datos indica una tendencia negativa MCH = 46252560 ρ0-2.10 con un coeficiente de determinación muy alto R² = 0.93. Porciento de pared celular y espacios vacíos Las magnitudes promedio del porciento de pared celular (ecuación 4) variaron en el intervalo que va desde un mínimo de 25 % (C. lindleyi) hasta un máximo de 37 % (G. ulmifolia). Como complemento al 100 % de un volumen elemental de materia, el porciento de espacios vacíos (ecuación 5) es inversamente proporcional al valor del porciento de pared celular (tabla II). Esto es también cierto para los valores promedio de las ocho especies. Sin embargo, el coeficiente de variación del porciento de pared celular es el doble respecto al del porciento de espacios vacíos. El porciento de espacios vacíos es equivalente a la porosidad. 32 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 57 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. Así, se confirma que la madera absorbe más humedad a medida que es más porosa para las maderas C. lindleyi, C. odorata y S. macrophylla, 2 pero no para las otras cinco especies. Las correlaciones lineales entre los porcientos de pared celular y de espacios vacíos en función de la densidad básica, calculados con las ecuaciones (4) y (5), así como los derivados del análisis de Torelli y Gorišek 27 y Tamarit y Fuentes 2 resultan en modelos similares y con coeficientes de determinación muy altos (figuras 4 y 5). Para el caso del porciento de pared celular, este aumenta a medida que la densidad básica incrementa (figura 4). Lo opuesto se observa para el porciento de espacios vacíos (figura 5). Fig. 4. Correlaciones entre porciento de pared celular y densidad básica. Fig. 5. Correlaciones entre porciento de espacio vacío y densidad básica. 58 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. A mayor magnitud de los espacios vacíos (EV), mayor será la porosidad del material. En consecuencia, es mayor la velocidad de hidratado y menor la dificultad para aplicar tratamientos de secado y de impregnación con substancias de protección. El volumen de espacio vacío interno por unidad de volumen externo que caracteriza a cada especie de madera, predice el volumen máximo de solución preservante que es capaz de absorber. Conociendo esto, se puede variar la concentración de la solución preservante para que se logren los niveles de retención óptimos, siguiendo a Tamarit y Fuentes. 2 CONCLUSIONES La magnitud de las características higroscópicas de las maderas Cupressus lindleyi, Cedrela odorata, Swietenia macrophylla, Tabebuia donnell-smithii, Fraxinus uhdei, Fagus mexicana, Dalbergia palo-escrito y Guazuma ulmifolia es similar a las de otras especies mexicanas reportadas en la literatura. Los modelos estadísticos permiten predecir el máximo contenido de humedad, el porciento de pared celular y el porciento de espacios vacíos en función de la densidad básica de la madera. La estrategia experimental se orientó hacia el análisis de resultados especie por especie. De acuerdo con el paradigma contemporáneo en ciencias de la madera, es necesario caracterizar el comportamiento mecánico de la madera con un enfoque de experimentación de caso por caso de una especie en particular. Cada procedimiento debe estar referido a las variables de referencia de las condiciones de ensayo, por ejemplo, la densidad y el contenido de humedad de la madera, y con datos derivados de un tamaño de muestra observada estadísticamente representativa. Una vez teniendo observaciones integrantes y estadísticamente representativas, se pueden proponer tendencias en el comportamiento general para una especie en específico, y/o por agrupamiento de varias de ellas que denoten una tendencia similar. REFERENCIAS 1. Abdelmohsen, S., Adriaenssens, S., El-Dabaa, R., Gabriele, S., Olivieri, L., & Teresi, L. (2019). A multi-physics approach for modeling hygroscopic behavior in wood low-tech architectural adaptive systems. Computer-Aided Design, 106, 43-53. 2. Tamarit Urias, J. C., & Fuentes Salinas, M. (2003). Parámetros de humedad de 63 maderas latifoliadas mexicanas en función de su densidad básica. Revista Chapingo, Serie Ciencias Forestales y del Ambiente, 9(2), 155-164. 3. Berry, S. L., & Roderick, M. L. (2005). Plant–water relations and the fibre saturation point. New Phytologist, 168, 25-37. 4. De Almeida, G., Huber, F., Perré, P. (2014). Free shrinkage of wood determined at the cellular level using an environmental scanning electron microscope. Maderas. Ciencia y tecnología, 16(2), 187-198. 5. Hamid, N. H. A., Ahmad, M., & Suratman, M. N. (2011). Swelling and Shrinkage Characteristics of Kapur (Dryobalanops aromatica) Wood in Three Anatomical Directions. 2011 IEEE Symposium on Business, Engineering and Industrial Applications (ISBEIA). Langkawi, Malaysia: IEEE. pp. 98-101. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 59 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. 6. Ajuziogu, G. C., Amujiri, A. N., Njoku, E. U., Ozokolie, C. B., & Ojua, E. O. (2020). Determination of Swelling and Dimensional Stability of Some Nigerian Timber Species. Annual Research & Review in Biology, 35(1), 24-29. 7. Fuentes Salinas, M. (2000). Estimación del Punto de Saturación de la Fibra (PSF) de las maderas. Revista Chapingo. Serie Ciencias Forestales y del Ambiente, 6(1), 79-81. 8. Hernández, R. E. (2007b). Effects of extraneous substances, wood density and interlocked grain on fiber saturation point of hardwoods. Wood Material Science and Engineering, 2(1), 45-53. 9. Herrera-Builes, J. F., Ananías, R. A., & Osorio, J. A. (2020). Incidencia de la impregnación de madera con alcohol polivinilico y polietilenglicol en algunas propiedades físicas y mecánicas de pino oocarpa. Maderas. Ciencia y tecnología, 22(2), 213- 222. 10. Liu, M., Xu, G., Wang, J., Wu, Z., Lv, J., & Xu, W. (2020). Effects of Shellac Treatment on Wood Hygroscopicity, Dimensional Stability and Thermostability. Coatings, 10, 881. 11. Németh, R., Horváth, N., Fodor, F., Báder, M., & Bak, M. (2020). Wood Modification for Under-Utilized Hardwood Species. IOP Conference Series Earth and Environmental Science, 505, 012017. 12. Schneid, E., Gonzalez de Cademartori, P. E., & Gatto, D. (2014). The effect of thermal treatment on physical and mechanical properties of Luehea divaricata hardwood. Maderas. Ciencia y tecnología, 16(4), 413-422. 13. Schorr, D., & Blanchet, P. (2020). Improvement of White Spruce Wood Dimensional Stability by Organosilanes Sol-Gel Impregnation and Heat Treatment. Materials, 13(4), 973-987. 14. Fang, C. H., Cloutier, A., Blanchet, P., Koubaa, A., & Mariotti, N. (2011). Densification of wood veneers combined with oil-heat treatment. Part I: dimensional stability. BioResources, 6(1), 373-385. 15. Laine, K., Belt, T., Rautkari, L., Ramsay, J., Hill, C. A. S., & Hughes, M. (2013). Measuring the thickness swelling and set-recovery of densified and thermally modified Scots pine solid wood. Journal of Materials Science, 48, 8530-8538. 16. El-Dabaa, R., & Abdelmoshen, S. (2019). HMTM: HygromorphicThermobimetal Composites as a Novel Approach to Enhance Passive Actuation of Adaptive Façades. 18th International Conference, CAAD Futures 2019, Proceedings. Daejeon, Korea: Springer. pp. 567- 577. 17. Engelund, E. T., Thygesen, L. G., Svensson, S., & Hill, C. A. S. (2013). A critical discussion of the physics of wood-water interactions. Wood Science and Technology, 47(1), 141-161. 18. Ávila, L. E., & Herrera, M. A. (2012). Efecto de los extraíbles en tres propiedades físicas de la madera de Enterolobium cyclocarpum procedente de Michoacán, México. Bosque, 33(2), 227-232. 19. Nakano, T. (2003). Effects of Cell Structure on Water Sorption for Wood. Holzforschung, 57, 213-218. 60 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. 20. Ištok, I., Sedlar, T., Šefc, B., Sinkovi, T., & Perkovi, T. (2016). Physical Properties of Wood in Poplar Clones ’I-214’ and ’S1-8’. Drvna Industrija, 67(2), 163-170. 21. Hernández, R. E. (2007a). Swelling properties of hardwoods as affected by their extraneous substances, wood density, and interlocked grain. Wood and Fiber Science, 39(1), 146-158. 22. Sahin, H. T. (2010). Experimental determination of the anisotropic swelling and water sorption properties of chestnut wood. Wood Research, 55(1), 33-40. 23. Tamarit Urias, J. C. & López Torres, J. L. (2007). Xilotecnología de los principales árboles tropicales de México. Puebla: Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. 24. Silva Guzmán, J. A., Fuentes Talavera, F. J., Rodríguez Anda R., Torres Andrade, P. A., Lomelí Ramírez, M. A., Ramos Quirarte, J., Waitkus, C., & Richter, H. G. (2010). Fichas de propiedades tecnológicas y usos de maderas nativas de México e importadas. México: Comisión Nacional Forestal. 25. Bárcenas Pazos, G. M. (2020). Banco de información sobre características tecnológicas de maderas mexicanas. Comisión nacional para el conocimiento y uso de la biodiversidad (CONABIO). México: Comisión nacional para el conocimiento y uso de la biodiversidad. 26. Torelli, N., & Gorišek, Ž. (1995a). Mexican tropical hardwoods. Dimensional stability. Holz als Roh-und Werkstoff, 53, 277-280. 27. Torelli, N., & Gorišek, Ž. (1995b). Mexican tropical hardwoods. Stepwise shrinkage and transverse shrinkage anisotropy. Holz als Roh-und Werkstoff, 53, 155-157. 28. Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos. (1982). Estudio promocional de 43 especies forestales tropicales mexicanas. Programa de Cooperación Científica y Técnica, México-Yugoslavia: SARH. SFF. 29. Chiniforush, A. A., Akbarnezhad, A., Valipour, H., & Malekmohammadi, S. (2019). Moisture and temperature induced swelling/shrinkage of softwood and hardwood glulam and LVL: An experimental study. Construction and Building Materials, 207, 70-83. 30. Koman, S., & Feher, S. (2015). Basic density of hardwoods depending on age and site. Wood Research, 60(6), 907-912. 31. Tippner, J., Hrivnák, J. & Kloiber, M. (2016). Experimental Evaluation of Mechanical Properties of Softwood using Acoustic Methods. BioResources, 11(1), 503-518. 32. Shukla, S. R., & Kandem, D. P. (2010). Dimensional stability of nine tropical hardwoods from Cameroon. Journal of Tropical Forest Science. 22(4), 389396. 33. Sotomayor Castellanos, J. R., & Ramírez Pérez, M. (2013). Densidad y características higroscópicas de maderas mexicanas. Base de datos y criterios de clasificación. Investigación e Ingeniería de la Madera, 9(3), 3-29. 34. De Almeida, T., De Almeida, D. H., De Araujo, V. A., Da Silva,S. A. M., Christoforo, A. L., & Lahr, F. A. R. (2017). Density as Estimator of Dimensional Stability Quantities of Brazilian Tropical Woods. BioResources, 12(3), 6579-6590. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 61 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. 35. De Almeida, T. H., De Almeida, D. H., Aquino, V. B. M., Chahud, E., Pinheiro, R. V., Branco, L. A. M. N., De Almeida, J. P. B., Christoforo, A. L. & Lahr, F. A. R. (2020). Investigation of the Fiber Saturation Point of Tropical Brazilian Wood Species. BioResources, 15(3), 5379-5387. 36. Bárcenas Pazos, G. M. (1995). Caracterización tecnológica de veinte especies maderables de la Selva Lacandona. Madera y Bosques, 1(1), 9-38. 37. Bárcenas Pazos, G. M. (1985). Recomendaciones del uso de 80 especies de acuerdo con su estabilidad dimensional. Nota Técnica no.11. Xalapa: LACITEMA-INIREB. 38. Sotomayor Castellanos, J. R., & Ramírez Pérez, M. (2014a). Características físicas de 12 maderas mexicanas. Investigación e Ingeniería de la Madera, 10(1), 4-35. 39. Sotomayor Castellanos, J. R., & Ramírez Pérez, M. (2014b). Caracterización físico-mecánica e indicadores de calidad de la madera de Lysiloma spp. Investigación e Ingeniería de la Madera, 10(3), 4-65. 40. Sotomayor Castellanos, J. R. (2017). Densificado higro-termo-mecánico de madera de Gyrocarpus americanus. Pruebas de higroscopía. Investigación e Ingeniería de la Madera, 13(2), 4-21. 41. Sotomayor Castellanos, J. R., Tinoco Campos, L. M., & Raya González, D. (2020). Características higroscópicas de la madera de Enterolobium cyclocarpum, Cupressus lindleyi y Cedrela odorata. Ciencia Nicolaita, 79(1), 75-93. 42. Sargent, R. (2019). Evaluating dimensional stability in solid wood: a review of current practice. Journal of Wood Science, 65, 36-47.l ANEXO Densidad básica, máximo contenido de humedad, porciento de pared celular, porciento de espacios vacíos y punto de saturación de la fibra de 43 especies mexicanas adaptados de Torelli y Gorišek. 26, 27 ( de Alchornea latifolia a Dialium guianense). Características higroscópicas ρ0 62 MCH Especies (kg m ) PC EV PSF (%) -3 Alchornea latifolia 402 183 26 74 31 Ampelocera hottlei 690 80 45 55 28 Aspidosperma megalocarpun 798 60 52 48 23 Blepharidium mexicanum 626 94 41 59 31 Brosimum allicastrum 865 50 57 43 19 Bursera simaruba 452 156 30 70 22 Calophyllum brasiliense 575 109 38 62 28 Cordia alliodora 552 116 36 64 27 Cymbopetalum penduliflorum 395 188 26 74 47 Dendropanax arboreus 421 172 28 72 37 Dialium guianense 917 44 60 40 21 Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Características higroscópicas de ocho maderas mexicanas / Javier Sotomayor et al. ANEXO (CONTINUACIÓN) Densidad básica, máximo contenido de humedad, porciento de pared celular, porciento de espacios vacíos y punto de saturación de la fibra de 43 especies mexicanas adaptados de Torelli y Gorišek. 26, 27 ( de Dipholis stevensonnii a Zuelania guidonia). Características higroscópicas ρ0 MCH PC EV PSF Especies (kg m ) Dipholis stevensonnii 969 38 63 (%) 37 19 Guarea glabra 587 105 38 62 23 -3 Guatteria anomala 432 166 28 72 35 Lonchocarpus castilloi 837 54 55 45 20 Lonchocarpus hondurensis 729 72 48 52 21 Manilkara zapota 926 43 61 39 17 Misanteca pekii 653 88 43 57 23 Nectandra sp. 508 131 33 67 35 Pachica acuática 526 125 34 66 38 Pithecellobium arboreum 700 77 46 54 19 Pithecellobium leucocalix 505 133 33 67 21 Platymiscium yucatanum 727 72 48 52 18 Poulsenia armata 445 159 29 71 31 Pseudobombax ellipticum 444 160 29 71 27 Pseudolmedia oxyphyllaria 723 73 47 53 24 Pterocarpus hayesii 508 131 33 67 38 Quercus anglohondurensis 857 51 56 44 27 Quercus skinneri 1060 29 69 31 27 Schizolobium parahibum 317 250 21 79 29 Sebastiana longicuspis 607 99 40 60 19 Sickingia salvadorensis 769 65 50 50 25 Simarouba glauca 439 162 29 71 28 Spondias mombin 491 138 32 68 31 Swartzia cubensis 933 42 61 39 20 Sweetia panamensis 864 50 56 44 20 Swietenia macrophylla 458 153 30 70 29 Talauma mexicana 551 116 36 64 26 Terminalia amazonia 663 85 43 57 20 Vatairea lundelli 780 63 51 49 21 Vitex gaumeri 660 86 43 57 21 Vochysia hondurensis 547 117 36 64 34 Zuelania guidonia 698 78 46 54 23 ρ0 = Densidad básica; CH = Contenido de humedad inicial; MCH = Máximo contenido de humedad; PC = Porciento de pared celular; EV = Porciento de espacios vacíos; PSF = Punto de saturación de la fibra. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 63 �Colaboradores Cedillo Garza, Guadalupe E. Ingeniero Mecánico y Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, además de Licenciado en Matemáticas por la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas. Maestro Decano de FIME, Director de la misma de 1984 a 1990. Fundador de Programa de Doctorado (1986), miembro de la Junta de Gobierno de 1999 a 2010. De la O Serna, José Antonio Doctor en Telecomunicaciones por la Escuela TELECOM Paris Tech, Francia (1982). Entre 1982 y 1986 trabajó en el ITESM. De 1988 a 1993 trabajó en el Politécnico de Yaoundé, Camerún. Actualmente es Profesor Investigador de la UANL en el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CIDET). Es miembro del SNI. Loya Cabrera, Alejandro E. Ingeniero en control y Computación por la Universidad Autónoma de Nuevo León y Maestro en Ciencias de la Ingeniería con especialidad en Telecomunicaciones en 1996 y 2006. De 2002 a 2009 responsable de planeación estratégica en la FIME UANL, actualmente miembro del cuerpo académico en Automatización y Control , y jefe del departamento académico de Electrónica y Automatización en la FIME UANL. Macedo Alquicira, Isarael Licenciatura en Arquitectura, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, México. Maestría en Ciencias y Tecnología de la Madera, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Actualmente alumno del Doctorado en Ciencias de Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 la Madera, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, México. Martin Bruce Ha estado trabajando en la recopilación y análisis de datos acústicos desde 1991. De 1991 a 2007, se involucró en el desarrollo de sonares combinados activos-pasivos. En 2007 él cambió a acústica ambiental y paisajes sonoros. Ha trabajado en numerosos proyectos, incluyendo el proyecto de monitoreo acústico del Mar Chukchi (2007-2014), proyectos de monitoreo acústico de Tappan Zee (2010-2014), y un programa de monitoreo de área amplia en la Costa Este de Canadá (2015-2018). Bruce está realizando un doctorado en la Universidad Dalhousie de Halifax, Canadá, donde su interés de investigación está en la ecología del paisaje sonoro, especialmente técnicas automatizadas para cuantificar fuentes en el paisaje sonoro. Mendoza González, Ernesto Licenciatura en Arquitectura, Universidad Mexiquense del Bicentenario Jilotepec, Estado de México. Experiencia profesional en arquitectura y urbanismo, y en procesos de manufactura automotriz y farmacéutica. Actualmente alumno de la Maestría en Ciencias y Tecnología de la Madera, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, México. Miksis-Olds Jennifer L. Es profesora investigadora y directora asociada de investigación en la Escuela de Ciencias Marinas e Ingeniería Oceánica de la Universidad de New Hampshire, Durham. Su investigación emplea métodos acústicos para responder a preguntas biológicas en el medio ambiente marino. Sus 63 �Colaboradores principales intereses incluyen patrones y tendencias en el sonido oceánico, comportamiento animal y comunicación, y el efecto de la actividad antropogénica, vínculos con los animales y su entorno. Los aspectos de la acuática, la biología, la oceanografía y la ingeniería se combinan para crear el enfoque interdisciplinario necesario para extender el estudio remoto del océano y de los animales en su entorno natural más allá de donde está hoy. Sotomayor Castellanos, Javier Ramón Licenciatura en Ingeniería en Tecnología de la Madera, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, México. Maestría en Ciencias de la Madera, Universidad Laval, Canadá. Doctorado en Ciencias de la Madera, Universidad Laval, Canadá. Actualmente profesor en la Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, México. Platas Garza, Miguel A. Doctor en ingeniería eléctrica por la Universidad Autónoma de Nuevo León en 2011. Actualmente es profesor titular en la misma institución. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores con la distinción de Nivel 1. Sus intereses académicos se encuentran relacionados a procesamiento de señales. Posadas-Castillo, Cornelio Ingeniero en Control y Computación (1997) por la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). Maestro en Ciencias en Electrónica y Telecomunicaciones por el CICESE, en 2001; obtuvo su Doctorado en Eléctrica de la Universidad Autónoma de Baja California en 2008. Desde 1997 es 64 Profesor de Tiempo Completo en la FIME-UANL. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores desde 2009. Tyack Peter L. Es profesor de biología marina de mamíferos en la Universidad de St Andrews, Escocia. Su investigación se centra sobre ecología del comportamiento ecológico, comunicación acústica, y comportamiento social de mamíferos marinos. Ha estudiado el llamado reproductivo de ballenas barbadas, individualmente, llamadas de contacto distintivas y ecolocalización de ballenas dentadas en la profundidad. Ha desarrollado nuevos métodos para muestrear continuamente el comportamiento de los mamíferos marinos, incluyendo el desarrollo de la grabación de sonido y etiquetas de orientación. Ha desarrollado una serie de estudios sobre respuestas a los sonidos antropogénicos, incluidos los efectos de la exploración petrolera sobre las ballenas barbadas y cachalotes y los efectos del sonar naval sobre las ballenas dentadas. Zambrano-Serrano, Ernesto Licenciado en Ciencias de la Electrónica y Maestro en Ciencias de la Electrónica con opción en Automatización por la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, en 2009 y 2012 respectivamente. Doctor en Control y Sistemas Dinámicos por el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, en 2017. En 2018 realizó una estancia posdoctoral en la Facultad de Ciencias de la Electrónica de la BUAP. Actualmente realiza una estancia posdoctoral en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Información para colaboradores Se invita a profesionistas, profesores e investigadores a colaborar en la revista Ingenierías con: artículos de divulgación científica y tecnológica, artículos sobre los aspectos humanísticos del quehacer ingenieril y reportes de investigación. El envío de artículos a la revista Ingenierías para su publicación implica el ceder los derechos de autor a la UANL. Es requisito que las colaboraciones sean producto del trabajo directo de los autores estableciendo claramente su contribución; y que estén escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible. Las contribuciones no deberán estar redactadas en primera persona. Todos los artículos recibidos estarán sujetos a arbitraje de tipo doble anónimo siendo el veredicto inapelable. Los criterios aplicables a la selección de textos serán: originalidad, rigor científico, exactitud de la información, el interés general del tema expuesto y la claridad del lenguaje. Los artículos aprobados serán sujetos a revisión de estilo. CRITERIOS EDITORIALES Los autores de artículos de revisión o divulgación deberán contar con una producción directa reconocida en la temática de interés de la revista. Estos trabajos deben ofrecer una panorámica del campo temático, separar las dimensiones del tema, mantener la línea de tiempo y presentar una conclusión que derive del material presentado. Las contribuciones sobre modelación y simulación deben estar científicamente dentro del propio trabajo. Los trabajos con base en encuestas de opinión o entrevistas describiendo su impacto social, especialmente en áreas relacionadas con la ingeniería, deberán incluir la metodología y aspectos estadísticos tanto para su diseño como para el análisis de las mediciones y resultados, así como la validación de las correlaciones que pudieran presentarse. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 No se consideran para publicación protocolos de investigación, proyectos, propuestas o trabajos de carácter especulativo. Los artículos a publicarse en partes, deben enviarse al mismo tiempo, pues se arbitrarán juntas. LINEAMIENTOS EDITORIALES Es requisito enviar para su consideración editorial: artículo, material gráfico, fichas biográficas de cada autor con un máximo de 100 palabras, en formato electrónico .doc en Word, por e-mail a la dirección: revistaingenierias@uanl.mx El título del artículo no debe exceder de 80 caracteres. El número máximo de autores por artículo es cinco. La extensión de los artículos no deberá exceder de 15 páginas tamaño carta (incluyendo gráficas y fotos) en tipografía Times New Roman de 11 puntos a espacio sencillo. Los artículos deben incluir un resumen tanto en español como en inglés, de no más de 100 palabras, así como un máximo de 5 palabras clave tanto en español como en inglés. Las referencias deberán ir numeradas en el orden citado en el texto. Las fichas bibliográficas incluirán, en orden, los siguientes datos: Autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de publicación, volumen y número de páginas. Debe incluirse al menos una imagen o gráfica por página, con resolución de al menos: 300 dpi y 15 cm en su lado más pequeño. Las imágenes además de estar incluidas en el artículo, deben enviarse en archivos individuales en formato .tif, .eps o .jpg CONTACTO Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Universidad Autónoma de Nuevo León, Edificio 7, primer piso, ala norte. Tel.: 8329-4000 Ext. 5854 E-mail: revistaingenierias@uanl.mx 65 �Código de ética Autores Los autores deben presentar una narración concisa y exacta del trabajo desarrollado, así como una discusión objetiva de su significado intelectual y científico. Los autores deben incluir a los coautores que hayan cambiado de afiliación durante el proceso de preparación y publicación del documento y que cumplieron con el criterio de coautoría, señalando el evento en una nota. Los autores deben incluir en su manuscrito detalles suficientes y referencias a fuentes de información públicas para hacer posible la reproducción del trabajo por terceros. Los autores deben reconocer mediante una nota de agradecimiento el apoyo de las instituciones y organismos que hayan contribuido significativamente al desarrollo del trabajo, así como a colaboradores que hayan contribuido de manera importante, incluyendo a fallecidos o a quienes hayan cambiado de afiliación, pero sin que hayan llegado a cumplir con el criterio de coautoría, si los hubiera. Los autores deben abstenerse de presentar críticas personales en sus trabajos. Los autores deben abstenerse de utilizar nombres ficticios o seudónimos. Los autores deben citar aquellas publicaciones que son antecedentes esenciales para comprender el trabajo. Los autores deben responsabilizarse del material que presentan en su manuscrito. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido mediante comunicación privada que no se localice en publicaciones. Revisores Los autores deben abstenerse de ofrecer manuscritos que se encuentren en consideración por otras publicaciones. Los autores deben abstenerse de incluir información que hayan obtenido de manera confidencial sin el permiso explícito correspondiente. Los autores deben abstenerse de incluir información obtenida en el proceso de servicios confidenciales, tales como documentación para concursos o solicitudes de becas. Los autores deben abstenerse de citar publicaciones que no se relacionen o que sólo se relacionen remotamente con la materia. Los autores deben abstenerse de incluir como autores a terceros que no cumplan con el criterio de coautoría, el cual consiste en su contribución significativa al desarrollo y preparación del trabajo. Los autores deben incluir a los coautores fallecidos que cumplan con el criterio de coautoría, asentando la fecha de su muerte. 66 Los revisores deben declinar cualquier invitación para evaluar un manuscrito si no se consideran calificados, carecen de tiempo para juzgar o se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente a los autores o al trabajo a evaluar. Los revisores deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. Los revisores deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los revisores deben abstenerse de expresar críticas personales. Los revisores deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los revisores deben abstenerse de utilizar o difundir información, argumentos o interpretaciones no publicadas Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 �Código de ética contenidas en un manuscrito bajo consideración, excepto con el consentimiento expreso de los autores posteriormente al proceso de evaluación. Los revisores deben considerar en su revisión posibles errores o fallas de los autores al citar el trabajo relevante de otros. Los revisores deben informar al editor si encontraran alguna semejanza substancial entre el manuscrito y cualquier otro trabajo. Los revisores no deberán intentar contactar a los autores, si hubieran inferido su identidad, previamente a haber emitido su fallo. El editor debe delegar en los miembros del consejo editorial o comité técnico la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación en casos en que se presente conflicto de interés con él. El editor debe delegar la responsabilidad y autoridad editorial a alguno de los miembros de los consejos editoriales cuando él sea autor o coautor de un manuscrito que se somete a consideración de la revista. Cuerpo Editorial (Consejos Editoriales y Comité Técnico) Editor Los miembros del cuerpo editorial deberán estar dispuestos a otorgar consejo al editor en las situaciones requeridas. El editor debe dar consideración justa e imparcial a todos los manuscritos ofrecidos para su publicación, juzgando cada uno de sus méritos científicos o tecnológicos, sin prejuicios de raza, género, religión, creencia, origen étnico, ciudadanía, filosofía o política de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben declinar cualquier invitación para brindar consejo si se les presenta algún conflicto de intereses, tal como encontrarse vinculados estrechamente con los autores o con el trabajo a evaluar. El editor debe considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. Los miembros del cuerpo editorial deben manifestar al editor cualquier conflicto de intereses que detecten. El editor debe abstenerse de expresar crítica personal. Los miembros del cuerpo editorial deben considerar un manuscrito enviado para revisión como un documento confidencial. El editor debe explicar y apoyar su juicio final para que los autores comprendan el fundamento de las observaciones. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de expresar críticas personales. El editor debe abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando cuente con el permiso de los autores. Los miembros del cuerpo editorial deben explicar y apoyar sus juicios de manera suficiente para que el editor, los miembros de cuerpo editorial y los autores comprendan el fundamento de las observaciones. El editor deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a ninguna persona fuera de aquellos a los que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de utilizar la información no publicada, argumentos o interpretaciones desplegados en un manuscrito sometido, excepto cuando se cuente con el permiso de los autores. El editor debe respetar la independencia intelectual de los autores. El editor debe procesar los manuscritos con diligencia. El editor debe ejercer su responsabilidad y la autoridad para aceptar o rechazar un artículo enviado para su publicación. Ingenierías, Julio-Diciembre 2021, Vol. 24, No. 91 Los miembros del cuerpo editorial deben abstenerse de desplegar información sobre un manuscrito en proceso de revisión o publicación a cualquier persona fuera de aquellos que se les solicite consejo profesional. Los miembros del cuerpo editorial deberán respetar la independencia intelectual de los autores. 67 �� Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2021 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 24 Número Número de la revista 91 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2021, Año 24, No 91, Julio-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/07/2021 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021126 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Armónicas Circuito RC Higroscopía Madera O-splines Paisajes sonoros https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21024/Ingenierias_2022_Ano_25_No_92_Enero-Junio.pdf 5c37de6647319bcf2b0ea8d67cc87778 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2022 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 25 Número Número de la revista 92 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2022, Año 25, No 92, Enero-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2022 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021127 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Analógicos cuadráticos Óxido de grafeno Poliolefinas Sistemas caóticos Viaje por el tiempo https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21025/Ingenierias_2022_Ano_25_No_93_Julio-Diciembre.pdf a4742f6d702bb5dc2b504fc37bae9ba7 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2022 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 25 Número Número de la revista 93 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2022, Año 25, No 93, Julio-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/07/2022 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021128 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Algoritmos de encriptado Analógicos cuadráticos Concentrador solar Imágenes caóticas Niveles sonoros Transferencia de calor https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21026/Ingenierias_2023_Ano_26_No_94_Enero-Junio.pdf 080197739faaed5d0d2b16d9bcc28ad1 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2023 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 26 Número Número de la revista 94 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2023, Año 26, No 94, Enero-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2023 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021129 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores 3D Fotogrametría Frecuencia Geometría no euclidiana Realidad aumentada Sistemas caóticos https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21027/Ingenierias_2023_Ano_26_No_95_Julio-Diciembre.pdf dcecee7f062e1113fef3c79620664e47 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2023 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 26 Número Número de la revista 95 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2023, Año 26, No 95, Julio-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/07/2023 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021130 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Actividad Fotocatalítica Azoteas verdes Baterías recargables Combustible nuclear Compositos https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21567/Ingenierias_2024_Ano_27_No_96_Enero-Junio.pdf 8b996a3fae313a2258ffc6be811163d5 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2024 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 27 Número Número de la revista 96 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Junio Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2024, Año 27, No 96, Enero-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/01/2024 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021246 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Contaminación de aire Fotocatalíticos Maderas Polímeros SolidWorks https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/21649/Ingenierias_2024_Ano_27_No_97_Julio-Diciembre.pdf 99e06f97571e609f94e05235dc7a776c Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2024 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 27 Número Número de la revista 97 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Diciembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2024, Año 27, No 97, Julio-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource González Treviño, José Antonio, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2024-07-01 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021321 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Calidad del Aire en Monterrey Códigos Máquinas de Termofluencia https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/22054/Ingenierias_2025_Ano_28_No_98_Enero-Junio.pdf 48326f89e8a30f5709e8bb30ea2b9c19 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2025 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 28 Número Número de la revista 98 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Junio Día Día del mes de la publicación 31 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2025, Año 28, No 98, Enero-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource Treviño Cubero, Arnulfo, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2025-01-31 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021567 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Bisfenol Impresión 3D Nanotecnología Turbina de gas-hidrógeno https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/22051/Ingenierias_2025_Ano_28_No_99_Julio-Diciembre.pdf 888fd5971be7c8c5962260813e5a13cb Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2025 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 28 Número Número de la revista 99 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Diciembre Día Día del mes de la publicación 30 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2025, Año 28, No 99, Julio-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource Treviño Cubero, Arnulfo, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2025-07-30 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021564 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Acero Band Gap El Eterno Retorno del Universo Fusión Sistema Caóticos https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/22052/Ingenierias_2026_Ano_29_No_100_Enero-Junio.pdf 9d396a1433f97dc49a346356f82fadd0 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2026 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 29 Número Número de la revista 100 Mes de publicación Mes cuando se publicó Enero-Junio Día Día del mes de la publicación 29 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2026, Año 29, No 100, Enero-Junio Creator An entity primarily responsible for making the resource Treviño Cubero, Arnulfo, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2026-01-29 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021565 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Acero Microaleados Biodisel Control automático Impresión 3D https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/312/22113/Ingenierias_2026_Ano_29_No_101_Julio-Diciembre.pdf ef822f5e7e243ac5da83aaed8f7afff3 Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Ingenierías Año de publicación El año cuando se publico 2026 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 29 Número Número de la revista 101 Mes de publicación Mes cuando se publicó Julio-Diciembre Día Día del mes de la publicación 25 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Semestral Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1751916&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Ingenierías, 2026, Año 29, No 101, Julio-Diciembre Creator An entity primarily responsible for making the resource Ramírez, del Angel Arturo, Director Subject The topic of the resource Ciencia Tecnología Ingeniería Investigación Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL. Publicada a principios de la década de los noventa, editada por Rafael Covarrubias Ortiz. Contiene información sobre las actividades académicas, estudiantiles y administrativas de la Facultad, así como investigación y difusión de la ingeniería. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Aguilar Garib, Juan Antonio, Editor Ocañas Galván, Cyntia, Redacción Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2026-07-25 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2021626 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Relation A related resource http://ingenierias.uanl.mx/archivo.html Coverage The spatial or temporal topic of the resource, the spatial applicability of the resource, or the jurisdiction under which the resource is relevant San Nicolás de los Garza, N.L., (México) Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Automatización Cortocircuitos Drones Energía Solar Impresión 3D https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/313/14015/INNOVA_2001._Vol._1._No._2._SEptiembre._0002016024.ocr.pdf eda13eb2c236aca5bd8551581190d72f PDF Text Text COMUNICAOÓN INSTITUCIONAL DE lA UNMRSIOAO AUTONOMA ~ NUEVQ LEÓN ANO 1/NUMERO 2 /SEPTIEMBRE 2001 H ay edificios que tienden a señalar transformaciones en la fisonomía urbana del Municipio de San Nicolás de los Garza y el Edificio de la Rectoría de nuestra Universidad, inaugurado hace 40 años, comienza a destacar por sus características particulares, de entre las cuales sobresale la presencia del vidrio, que según las circunstancias constructivas, horarias y climáticas, da origen a una enorme pluralidad de haces lumínicos. Lo encontramos reflejando el sol, cambiando las tonalidades, transparentando luces, y alterando con ello, los estados anímicos. La aparente fragilidad de esta materia prima, paradójicamente produce un endurecimiento, que no proviene de sus cualidades estructurales, sino de su inserción en la dinámica de control social y laboral. La Rectoría toma diversas formas, con diferentes colores, reflejando el exterior, el cielo, las nubes o la vida ciudadana, donde el vidrio construye una visión de transparencia y visibilidad. La idea de la remodelación integral del Edificio de la Torre de Rectoría, está basada en los espacios que se persiguen o que se proponen para maximizar recursos y optimizar tiempos, otorgando con ello, una calidad de vida a sus ocupantes, superior a la normal. Es un edificio que favorece el aumento de productividad, en el trabajo que se realiza. Ufll �1 pva ~ ~ucación 1.. i l 1 ~LOlll)Q EN LA UANL FONDO UNIYERSiTARIO Las actividades deportivas son consideradas por la En la Universidad Autónoma de Nuevo León es muy importante UANL como un aspecto importante en la formación integral de sus alumnos, por lo que se organizan torneos internos de fútbol soccer, fútbol rápido, voleibol playero, baloncesto, atletismo, halterofilia, karate do y tae kwon do, entre otros. Los torneos permiten seleccionar deportistas, de acuerdo a su rendimiento, para que formen parte de nuestros equipos representativos en competencias interuniversitarias como en las Universiadas Mundial y Nacional 2001, en Beijin y Veracruz, respectivamente; siendo en esta última donde nuestra institución se consolidó como potencia deportiva al obtener 40 medallas; logrando así, ocupar el segundo lugar en dicho evento. difundir los talentos y la creatividad que hay en las aulas de sus diferentes dependencias y bajo tan importante motivo, se pudo ver cristalizada la idea de realizar un disco compacto en el que se incluyeron los 1O mejores temas que participaron en "Universidad Canta 2000". La Secretaría de Asuntos Universitarios a través de la Dirección de Actividades Estudiantiles tuvo la tarea de hacer realidad el sueño de alumnos de las Facultades de Ciencias de la Comunicación, Psicología, Odontología, Música e Ingeniería Mecánica y Eléctrica, adem ás de las Preparatorias 3 y 7 de nuestra Institución. El Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de nuestra "Me honra haber contribuido a este sueño del talento musical de nuestra Alma Mater P" plasmado en este CD conmemorativo, cumpliendo así con uno de los objetivos del Universidad, ha expresado su satisfacción la entrega y el desempeño alcanzado por estos deportistas, así mis mo , e ntregó un reconocimiento espec ial al estudiante universitario Alonso Murayama Tayonara, quiEII obtuvo dos medallas de oro en las modalidade! de combate (kumite) y otra de plata en formal individuales (kata). Su triunfo fue sin dud~ producto de la disciplina, esfuerzos y dedicaci<ÍI al deporte. Por todo esto, el Dr. Luis J. Galáfi Wong, se comprometió a renovar e incrementa las instalaciones deportivas, y a lograr una ma)'O' difusión del deporte universitario. Programa "Educación para la Vida", fueron palabras de nuestro Rector el Dr. Luis J. Galán Wong. �~ pva ~ucación ~111Jl -"'CRO ~"ucación ~.iJl ~LO~ LO V00 EM1Aoos PREMIO DE INVESTIGACIÓN UANL 2000 ! - - - -- -~ ~~ - - - - FONDO UNIVERSITA O "' Ciencias Naturales La Universidad Autóno~i"é:fe· f\J,uevo León reconoce, como cada año, a sus más destacados científicos, Facultad de Ciencias Biológicas. . . artistas y estudiantes. En esta ocasión, bajo el marco de su 68 Aniversario, la UANL otorgará los T bajo· lnmunopotenciación inducida por metabolitos secundarios de extractos de hoJas de Plantago ma1or. nombramientos de Doctor Honoris Causa y los premios a las Artes e Investigación. J ~:esti~adores : Ri cardo A . Gómez Flores, Cristina R odríguez Padilla y Patricia Tamez Guerra. 1 t (Doctor Honoris Causa ] Ciencias de la Salud Facultad de Medicina. • · · h t t · · os Trabajo· Efectos diferenciales de la terapia genética con el sistema HSV-tk en tumores mamarios ortotopIcos Y e ero op1c_ • Investigadores: A ugusto Roja s Martínez, Estuardo Aguilar Córdova y Hugo A . Barrera Saldana. María Ana Garza Barrientos Maestra decano de la Facultad de Ciencias Biológicas a lo largo de 24 años, fundadora del herbario ficológico y de la primera colección de algas marinas en el noreste de México, autora de diversos estudios publicados en revistas nacionales y extranjeras, y directora de tesis de científicos de la UANL. Ciencias Sociales Facultad de Economía. Diana S. Natalicio Trabajo: Propietarios, empresarios y empresas en el norte de México. Investigador: Mario Cerutti Pignat. Colaboradora académica en América del Norte, impulsora de la educación superior entre México, Estados Unidos y Canadá. Bajo su liderazgo, la Rectora de la Universidad de Texas, en El Paso ha convertido a la UTEP en la institución con la matrícula de origen mexicano más grande de los Estados Unidos. Ciencias de la Tierra y Agropecuarias Facultad de Ciencias Biológicas • d · Yoel Margalith Trabajo: Efecto de las aminas biogénicas en harinas de pescado o suplementadas en la dieta e1camaron azu Jefe del Grupo Multidisciplinario Internacional de la OMS para el Control Biológico Integral, que combate la reemergencia de malaria en países de Asia Central, también ha destacado en la investigación y docencia en universidades de Estados Unidos y Canadá. stylirostris. • . . M · Investigadores: Mireya Tapia Salazar, Lucía Elizabeth Cruz Suarez Y Dems R1cque ane. 1L ·t eus I opena Ciencias Exactas Facultad de Ciencias Químicas . . d f T d d ctores iónicos Trabajo: Influencia de la composición sobre las propiedades estructurales Y electncas e Ia ami 1ª e con u La2/3-x Li3x Ti03 (0.03 X 0.167). . Investigadores: Leticia M. Torres Guerra y Jorge lbarra Rodnguez. ( PREMIO UANL A LAS ARTES 2001 } - Claudio Gabriel Torris Poput Artes Auditivas Ingeniería y Tecnología Ofelia Miriam Arredondo Arrambide { Fzcultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica p I' 'd con Quintina y Quitosán. 0 _I am_ I as Trabajo: Estru ctura química y compatibilidad de mezclas de Investigadores: Virgilio González González, Carlos A. Guerrero Salazar, Ubaldo Ortiz Mendez. f Facultad de Ciencias Químicas Artes Corporales Arturo Cantú Sánchez Artes Literarias Rodolfo Ríos García Artes Visuales Trabajo: Estudio de los fluoruros de plomo y estaño como electrodos negativos para su aplicación en baterías de ión litio. Investigadores: Leticia M. Torres Guerra y Lorena L. Garza Tovar. Humanidades Facultad de Arquitectura Trabajo: Crónicas de los viajeros de la ciudad: Diseño participativo y didáctica medio ambiental 111. Investigador: Adolfo Benito Na rváez Tijerina. �-s::; ,:, bva Laglobalización se manifiesta en la creciente Orquesta Sinfónica Un evento de gran relevancia para la Universidad fue la presentación de la Orquesta Sinfónica de la UANL, en el Palatio de las Bellas Artes de la . ' Ciudad de México; dentro del Primer Festival Nacio nal de Orquestas Si n fó n icas organizado por el INBA y' CONACULTA, el pasado 25 de agosto. Cabe destacar que el ensamble dirigido por el maestro Félix Carrasco, no sólo representó a la UANL Y al estado de Nuevo León en este festival, donde asistieron diversas agrupaciones de la República, también fue representante del noreste de México sie nd o la única orquesta de este tipo, en esta zona del país. Félix Carrasco ha dirigido alrededor de cincuenta orquestas en diversas partes del mundo. Al~mania, Australia, Letonia y Chipre, son algunos de los países don de el ma estro se ha presentado como director de orquestas. lt ;;.:;; lts:'.::'::t z:-e sudamericanas con el objetivo de fortalecer el consorcio internacional, los mecanismos de vinculación tecnológica en la educación a distancia, el intercambio de estudiantes, profesores, programa s y aseso rías. integración económica de carácter mundial en los mercados de bienes, servicios y capital. Este fenómeno se sostiene por la inversión asociada de la producción de conocimientos y el desarrollo de nuevas tecnologías e instrumentos de un país en sus dimensiones económica, política, social, cultura l y educativa. Estas dimensiones son objeto de profundas transformaciones condicionadas por la cult ura, la fuerza de sus mercados internos y los recursos de cada nación. Convenio con la Universidad de Buenos Aires y su Instituto para la Planificación Educativa de la UNESCO. Proyecto: Doctorado en Educación. Convenio con la Universidad de Chile. Proyecto: Intercambio que beneficie a las sigui entes Facult ades: Agronom ía, Ciencias Forestales, Medicina, Economía y Ciencias Físico Matemáticas. La Universidad Autónoma de Nuevo León, consciente de lo anterior, ha planteado sus proyectos, planes y líneas de acción para co ntende r a d ecuad amente con las perspectivas que su desarrollo requiere en esta economía global. Convenio con la Universidad Federal de Minas Gerais, en Brasil. Proyecto: Inte rca mbi o d e c onoci mien t os y ex periencias e ntre los Centros de Transfere ncia de Tecnolog ía de esa Universidad y el de la UANL. Una de estas líneas es la internacionalización de la Universidad mediante los convenios de cooperación académica y protocolos de intención firmados por nuestro Sr. Rector, Dr. Luis J. Galán Wong con cuatro universidades Convenio con la Universidad Estatal de Campinas, en Brasil. Proyecto: Intercambio de experiencias entre las Facultades de Odontología y planes de trabajo con el Instituto Internacional de Arte de esta Institución. Actualmente el Proyecto de ENLACE Universitario que c sistema de administración de estudiantes para ofrecer / en colaboración con el Grupo Financiero Bano UAN L-Banorte Visa Electrón, una Cabe mencionar que la UANL es la pr· una cédula de identificación de portan esta credencial, que empleada para consultar además de que Esta credencial, sin du beneficiando con ello no Dentro de los planes que se in cajeros colocados estratégicamen1'. efectuarse los pagos y consultas de en implementar un nuevo servicios, ha desarrollado encial Universitaria al infalsificable. iversitarios es, puede ser gos vía internet, arjeta de débito. a los tiempos de trámites, bién al personal universitario. ecto está la construcción de módulos o s áreas de la Universidad, en donde puedan nos. �Ese UELA DE VERANO Instaurada en 1946 por Don Raúl Rangel Frfas, este año, la Escuela de Verano, realizó una serie de eventos culturales, académicos, artísticos y de creatividad, en los que participaron importantes investigadores sociales, escritores, músicos, intelectuales, científicos y artistas de reconocimiento nacional, en beneficio de los universitarios y de la comunidad en general. .._. Los eventos que se realizaron en esta actividad fueron: el panel Perspectivas Universitarias en Posgrado; la presentación de la Revista "Ciencia UANL"; la mesa redonda: Perspectivas del Cine, Televisión y otros Medios; la presentación del Índice General de la Revista Armas y Letras; la conferencia: Globalización y Competitividad en México; el concierto de bienvenida al semestre agosto 2001 - enero 2002, con Plastilina Mosh y Kinky; y la presentación del libro Fiori di Sonetti. La actividad más importante de este evento cultural, fue el homenaje realizado en honor al destacado escritor y poeta regiomontano Horado Salazar Ortiz, quien ha pertenecido a la UANL por más de 30 años, y ha sido merecedor de importantes galardones, entre ellos, el Premio a las Artes de la UANL en 1990 y la Medalla al Mérito Cívico del Gobierno del Estado en 1991. Rector Dr. Luis J. Galán Wong Secretario General lng. José Antonio González Treviño Secretaria de Asuntos Universitarios lng. María del Carmen Martínez Cejudo Directora de Comunicación e Imagen Lic. Mayela G. Rodríguez González Edición Dr. Juan Antonio García Salas Coordinadora de Redacción Lic. Jeniffer Almendárez Leal Coordinadores de Diseño Lic. Luis Alfonso Franco García y líe.Alejandro Aguillón Valdez Diseño de revista L ic. Alejandro Aguillón Valdez Información Lic. Eduardo Loredo Rivera Fotografía Lic. Héctor Olmedo Sauceda y Lic. Efraín Aldama Villa � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : comunicación institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Año de publicación El año cuando se publico 2001 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 1 Número Número de la revista 2 Mes de publicación Mes cuando se publicó Septiembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Irregular Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1752164&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León, 2001, Año 1, No 2, Septiembre Creator An entity primarily responsible for making the resource Rodríguez González, Mayela Guadalupe, Directora Subject The topic of the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Cultura Deportes estudiantiles Academia Educación Superior Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Secretaría de Asuntos Universitarios, Dirección de Comunicación e Imagen Contributor An entity responsible for making contributions to the resource García Salas, Antonio, Editor Aldamoa Villa, Efraín, Colaborador Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/09/2001 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2016024 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. [San Nicolás de los Garza, N.L., México] Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Convenios Credencial universitaria Deporte Doctor Honoris Causa Escuela de verano Investigación Orquesta sinfónica Universidad canta https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/313/14016/INNOVA_2001._Vol._1._No._3._Noviembre._0002016023.ocr.pdf 00b0284ce57d47774383b223b745e09a PDF Text Text Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León año 1 / No.3 /Noviembre 2001 LA UNIVERSIDAD Y LOS VALORES ■■ •a. ■■ Los cuatro pilares de "Educación para la Vida" que son ser, conocer, hacer y servir, subrayan la necesidad insoslayable de que la formación de valores es una tarea de primer orden en n~estra Universidad; que para ser abordada se hace necesario definir las vías y k>s métodos que contribuyan a la formación de los valores humanos y cualidades morales desde nuestra Institución. Muchos consideran que e¡o es una función de la Educación Básica o Media Superior.r que la Educación Superior se debe limitar a la t~nsmisi~e conocimientos. La enseñanza centrada en el profesor y no en el estudiante, donde éste _..,,. último EIB un receptor pasivo qe información y no se constitlilye ~ en un protagonista 9ctivo dEf su·aprendizaje; la no valoración de las capacidades del estudiante para crear e innovar, constituyen las principales barreras a la formación de valores. o Los Profesores de nuestra Institución adoptan un enfoque pedagógico que les permite enseñar y formar determinadas cualidades y rasgos de la personalidad profesional a través de la práctica diaria y con el ejemplo, nunca mediante el discurso, aunque en ocasiones se hace necesario. Formar profesionales que estén preparados para vivir y transformar su época, que sean altamente competentes, con un elevado sentido social y que se sientan plenamente realizados como personas es el objetivo~ de nuestra Institución. Dr. Luis J. Galán Wong Rector de la UAN.L. La Secretaría de Asuntos Universitarios, a través de la Dirección de Actividades Estudiantiles, llevó a cabo las eliminatorias del festival de la canción "La Universidad Canta 2001" los días 12, 13, 14 y 15 de noviembre en el Aula Magna "Fray Servando Teresa de Mier" . ~ ,4ucación ~ voa ~ PCl<O LO En estas eliminatorias participaron alrededor de 60 participantes, entre los que destacaron solistas, grupos, duetos y tríos, lo que demuestra la gran aceptación que tienen este tipo de eventos entre la comunida d universitaria. .' �l El Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de esta Universidad CENTRO DE TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA Como un balance positivo y de gran calidad en cuanto y Francisco Trillas Mercader, Director General de Editorial Trillas, firmaron un convenio para difundir nacional e internacionalmente las publicaciones de obras elaboradas por catedráticos, investigadores y alumnos de la UANL. Así es que de ahora en adelante los libros que se realicen en la Universidad serán distribuidos en las principales ciudades de la República Mexicana, así como algunos países de América Latina. a contenido y participación calificó el Dr. Rodolfo Quintero Ramírez la labor del Diplomado "Estrategias para el financiamiento de la investigación y el desarrollo científico y tecnológico en el ámbito J universitario", del Centro de Transferencia de Tecnología, que finalizó el pasado 3 de octubre. El Diplomado en el que tomaron parte aproximadamente 150 investigadores de la UANL, durante 24 sesiones, tuvo como objetivo proveer a los académicos de la Universidad de nuevas herramientas para la búsqueda en el futuro de nuevos financiamientos para hacer tarea de investigación y desarrollo. Firman convenio la UANL con la empresa Galvak que permitirá a estudiantes de la Facultad de Salud Pública y Nutrición hacer sus prácticas profesionales y realizar estudios de investigación, así mismo, los maestros y estudiantes de la Facultad capacitaron a los trabajadores de Galvak en el campo de la nutrición, seguridad, higiene y salud. El convenio establece la publicación de material informativo impreso con investigación de la UANL y los recursos económicos de Galvak. "En el curso hicimos una revisión muy amplia de lo que está pasando a nivel nacional e internacional, trajimos conferencistas del país y del extranjero y, yo diría, que sabemos que está pasando y hacia dónde van las cosas, ya dependerá de la tarea nuestra si lo aprovechamos o no", comentó uintero Ramírez. El coordinador del Centro de Transferencia de Tecnología e la UANL agregó que este Diplomado que inició el mes de julio, abre a la Institución una importante puerta como es la búsqueda de más fondos para sus tareas de docencia e investigación. Con la culminación del Diplomado su cumple una de las primeras metas del Centro de Transferencia de Tecnología, cuya función principal es de vincular la producción científica de la UANL con el sector roductivo. La clausura del Diplomado estuvo a cargo del Rector de la UANL, Dr. Luis J. Galán Wong, "Yo si quisiera que todos los compromisos que ustedes establezcan con las dependencia o con los grupos de investigación realmente los aterricen y que hagan que esos compromisos den resultados", mencionó. El ejecutivo universitario instó a los asistentes a impulsar la investigación en la planta docente y se pronunció para los compromisos que se generen con el CTT sean de calidad competitiva. Adicionalmente el Centro de Transferencia de Tecnología para cerrar el año ofrecerá cinco cursos, algunos serán en conjunto con CONACYT, referentes a la formulación de proyectos, de captación de recursos para investigación, sobre búsqueda tecnológica y otro más sobre escritura de patentes. Además está realizando un inventario sobre investigación y servicios tecnológicos que pudiera ofrecer la Universidad al sector empresarial del estado y del país, informó Rodolfo Quintero Ramírez. ~ l,.~ ~ ucación lO 'IOCJ r La UAN L y la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) firmaron un convenio con el fin de llevar a cabo programas educativos y de capacitación para la protección de los recursos naturales. De esta manera, los jóvenes universitarios tendrán más elementos de juicio para tomar decis iones que no afecten al medio que los rodea . �o ~ Nelly Sánchez Meraz fue coronada el 23 de octubre como nueva Señorita Universidad 2001. La estudiante de LS O . 13 -ubicada en municipio de Allende- se adjudicó Preparatoria y Señorita Simpatía, sit ción que se presenta por primera vez en la historia del certamen estudian . Durante la primera etapa, las universitarias se presentaron portando un vestido de coctel olor negro, donde mencionaron su nombre y la dependencia que rep, sentaban. steriormenté, las aspirantes al galardón universitario desfila on en traje de no he. Teni,mdo como es Lu go del intermedio menizado por la música de "Big Band de Monterrey", la gran sala del se con cieron a las diez;finalistas; en esta etapa, las estudiantes respondieron a una pregunta que ellas mismas eligieron de ente unos sobre ~ rrados. Los 16 años de edad conductores del evento leyeron los cuestionamientos sobre temas como el papel de la mujer en la globalización, el de orte, así como problemas actuales. El Dr. Luis J . Galán Wong, Rector de la UA Nelly Sánchez Meraz. Sandra , colocó la banda distintiva a lena Narváez Butró de la Facultad de Artes Escénicas, fue seleccionada como suplente, mientras que Leticia Treviño Zamora Para festejar su 54 Aniversario, la Facultad de lngenieríél Mecánica y Eléctrica a través de su proyecto "Norma 9001 .2000 Internacional de la Administración de la Calidad IS 9001 :2000", realizó un Simposium sobre Educación, Cienci y Tecnología, del 20 al 26 de octubre del presente año, en el Auiiitorio de la Biblioteca Universitaria "Raúl Rangel Frias" Posteriormente las actividades se realizaron en la instalaciones de FIME, logrando alcanzar los objetivos d~ enseñanza-aprendizaje y aseguramiento de la calidad y competitividad de los servicios educativos. Todo el esfuerzo se vio reflejado con la participación e interacción de los maestros, alumnos y personal administrativo de esta Facultad. • fue por el jurado, luego tapas en las q aspiran es de las di dependrncias de 1a Centro de Calidad Fl'.\1 E dieron ~uestra de su belleza, simpatía, d de la Facultad de Salud Pública y Nutrición fue de ~gnada como Señorita Fotogenia. Siguiendo con el lema "Educación para la Vida", la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica puso en marcha el proyecto para la implementación del Sistema de Administración de la Calidad de la Norma Internacional ISO 9001 :2000 con los siguientes objetivos: e 23 a 28 e octub e se llevó a cabo la O Semana Nacional de Ciencia y Tecnología o Preparatoria No. 3. Este evento inic'ó con la confer magistral del Dr. Luis J. Galán Wong titülada: "A Biológicas". ·e · principal de esta Semana es dar a co~ los trabajos de investigación de nuestra Cas Estudios y como contribuye la Universidad a soluc o los problemas locales, regionqles y nacion 1 Contar con un sistema que asegure la confiabilidad de la calidad de sus servicios educativos y optimización de costos . Incrementar sus niveles de competitividad y su efectividad . Lograr un alto impacto positivo en todas las partes interesadas: estudiantes, sociedad y posibles alianzas estratégicas. La Política de Calidad es satisfacer y superar las expectativas de la sociedad del estudiante, del personal docente y administrativo, detectando sus requerimientos, evaluando y organizando la calidad de sus servicios, implantando acciones de mejora y contribuyendo al desarrollo de la Universidad. �1 1 71 Aniversario de la Escuela Industrial v 1 1 La Fundación UANL, A.C., proyecto iniciado durante el rectorado del Dr. Reyes s. Tamez Guerra, es un instrumento jurídico legal que permite recabar fondos para apoyar proyectos de la Universidad, teniendo como objetivo primario acercarse a los exalumnos de la UANL, brindán~oles la oportunidad de participar en el desarrollo de esta Máxima Casa de Estudios. El Consejo Directivo de esta Fundación tomó protesta en septiembre de 1999, en una visita que el entonces Presidente, Dr. Ernesto Zedilla Ponce de León, efectuó a la UANL. Actualmente la Fundación cuenta con 27 miembros fundadores, los cuales son distinguidas personalidades que han destacado en diferentes medios: C.P. Miguel C. Barragán Villarreal Sr. Don Jaime Benavides Pompa C.P. Javier Fernando Benítez Gómez Sr. Don José Calderón Ayala lng. Félix Cantú Ayala Lic. Napoleón Cantú Cerna lng. Héctor Cruz Ponce Lic. Rogelio Elizondo González Lic. Policarpo Elizondo Gutiérrez Dr. Héctor Fernández González Sr. Don Jorge Fernández Ruiloba Lic. León A. Flores González Sr. Don Lorenzo Garza Sepúlveda Sr. Don Alejandro Garza Lagüera Lic. Sergio González Gálvez lng. Francisco González Sebastia Dr. Ignacio Guzmán Valdés lng. Jesús Herrera Gutiérrez lng. Fausto !barra de la Garza lng. Genaro Leal Martínez lng. Genaro Levinson Marcovich Lic. Rodolfo Martínez Delgado Dr. Roberto Moreira Flores Lic. Arturo M. Quintero Troncoso Sr. Don Ciriaco Rodríguez Flores Sr. Don José Sandler Gurvitz C.P. Julio C. Villarreal Guajardo Preparatoria Técnica "Alvaro Obregón" El pasado 4 de octubre, la Escuela Industrial y •• J l ~ . ; Preparatoria Técnica "Álvaro Obregón" cumplió 71 años de vida formando recursos humanos de alto nivel. Para celebrar este aniversario, los estudiantes de la Preparatoria realizaron una muestra técnica - cultural en donde dieron a conocer los trabajos realizados en las diferentes carreras que se ofrecen: electricista, técnico en aire acondicionado, técnico en turismo, técnico dibujante, técnico en trabajo social, laboratorista, entre otras. También contaron con un ciclo de conferencias donde destacaron los temas de liderazgo, drogadicción, motivación, taller literario y comunicaciones móviles. Así mismo, el Rector, Dr. Luis J. Galán Wong, otorgó equipos nuevos para los laboratorios al Director de la escuela, lng .José Efrén Castillo Sarabia. La Universidad Autónoma de ~uevo León tuvo el honor de presentar la Primera Feria Internacional del Libro Universitario, organizado por el personal de la Capilla Alfonsina, quienes se esmeraron 1 por presentar un evento de calidad internacional. Entre las actividades ' que enmarcaron la feria destacan la muestra gastronómica y artesanal del estado de Nuevo León, el ballet folklórico, exposiciones, presentación, exposición y venta de libros, congresos, conciertos e incluso muestra de cine. La Fundación t~n~rá una duraci?n de 99 años y no perseg.uirá ningún propósito de lucro, ya sean econom,cos o comerciales, debido a que es una Institución filantrópica con autonomía para definir sus programas y proyectos. ~ ~ucación l,..~ PCl<a LO VDCI Con este evento la Capilla Alfonsina conmemoró su XXI Aniversario demostrando que la UANL promueve la cultura en la comunidad universitaria. �El pasado 13 de septiembre se realizó la presentación del Anuario HUMAN/TAS 2001, publicación del Centro de Estudios Humanísticos en la Biblioteca Universitaria "Raúl Rangel Frías". Este Anuario se enfoca a la investigación humanística , dividido en cuatro secciones (Filosofía, Letras, Ciencias Sociales e Historia) y una sección de comentarios actuales. El Dr. Agustín Basave Fernández del Valle, Director del Centro, y cada días 22 y 23 de octubre se llevó a cabo ultad de Contaduría Pública y Administración el grado en el Extranjero, organizado por el Depart P sgrado de esta Universidad en colaboración con el y e Estudios Superiores de Monterrey, la Universida.d U~iversidad Regiomontana y la Asociación Mexicana p 1nternacional. coordinador de sección, colaboran con un trabajo de investigación en este Anuario e numero s e ano co a oraron mves 19a ores nac1ona es e · nales con artículos de ran interés. Durante la ceremonia de resentación el Dr. Agustín Basave Fernández del Valle presentó el tema "Humanismo Ecuménico Plenario frente a la Globalifobia y a la Globalifilia". E¡ el Taller participaron representantes de la Secretqirí teriores, de la Embajada de Canadá, CONACYT, Edu neo Mundial, así como representantes de las instituciqne ienes dieron información acerca de los programas die o ofrece. r evento acudieron los estudiantes interesados en e uisitos y opciones para realizar estudios S desea conocer más información, el Departa P sgrado edita un Boletín Informativo llamado "Educ e donde se publica todo tipo de información relaci e el extranjero. Visite la página en Internet · Eres E resado de la UANL? La Dirección del Programa de Egresados y la Fundación UANL iniciaron un proyecto que tiene como objetivo la integración de una base de datos de egresados de la UANL, tanto de licenciatura como de maes~ía..~l principal objetivo de este proyecto es mantener un enlace entre la lnstituc1on y sus egresados con el fin de mantenerlos informados sobre los cursos de educación continua y actualización en su área profesional u otras áreas de interés. El formato podrá ser solicitado y llenado en la planta baja de la Torre de Rectoría. O comuníquese al teléfono 83 29 40 00 ext. 6592, 6593 , 6594. 1 �eQué es OO[l]DTI~~ ;a La Capilla Alfonsina tuvo el agrado de presentar la exposición de la artista Saskia Juárez, "Sensación de lo Breve", fa cual muestra óleos plasmados de imágenes representativas de algunos lugares del Estado de Nuevo León, como Mina, Laguna de Sánchez, Zaragoza, Dr. Arroyo, entre otros. Graduada del Taller de Artes Plásticas de esta Universidad y ex catedrática de la Facultad de Artes Visuales, Saskia se considera una pintora regionalista y tiepe bien definido su estilo. Para ella "cada pedazo de cuadro es un instante de la imaginación"'. A Es el nuevo sistema telefónico de información de la Universidad Autónoma de Nuevo León. cQué Upo de información proporciona? IIIIIIInformación sobre el actual ciclo escolar U La ubicación y los teléfonos de las distintas dependencias y facultades de la UANL 1111:JLos requisitos para cualquier trámite escolar OEventos culturales, académicos y deportivos c:Qué horario tiene? El sistema UNITEL proporciona información las 24 horas del día. .:Cuáles son las ventaias que ofrece UNITEl? D Resolver en una llamada dudas específica & Dar fluidez a cualquier trámite In Corpore IIDI Conocer los eventos más importantes del momento Además en el correo de VOZ, con un mensaje del Sr. Rector, usted podrá expresar cualquier duda, comentario y opinión al que se le dará seguimiento y atención de inmediato. ~a expo,sició~ "In Corpore" Figura Humana en Cerámica se inauguro el d1a 16 de octubre en las galerías de la Bibliqteca Universitaria "Raúl Rangel Frías". Esta exposición es una muestra de esculturas en cerámiea de los socios que integran la Sociedad Mexjcana de Cerámica de la zona norte. 1~ Corpore es una propuesta muy amplia, ya que presenta figuras humanas que van desde cuerpos femeninos, torsos, huellas, manos, representaciones de¡ la muerte y formas abstractas y surrealistas. Esta muestra permanecerá hasta el 18 de noviembr~ del presente año. Visite la página: www.bmu.uanl.mx cQué número tengo que marcar? Atención personalizada de información en la planta baja de la Torre de Rectoría de las 6:00 AM a 8:00 PM. Atención de operadora en el conmutador 83 29 40 00 de 8:00 AM a 8:30 PM y los sábados de 8:00AM a 3:00PM ~ "-~ ~ ucación L0\/00 Dr. Luis J. Galán Wong Rector lng. María del Carmen Martínez Cejudo Secretaria de Asuntos Universitarios dk,2\'"V �Reciclemos Juntos es un proyecto que la Dirección de Comunicación e lmagén, que pertenece a la Secretaría de Asuntos Universitarios, comenzó en Septiembre del presente año y tiene como objetivo principal cuidar el medio ambiente. Actualmente, en la Torre de Rectoría se contribuye en el reciclado de papel, recolectando 1,500 kilos en los primeros dos meses, lo que en cifras significa que se sa_lvan 25 árboles. Dentro de la Universidad Autónoma ci,e Nuevo León participan en este proyecto las Facultades de Ciencias Qui.micas, Arquitectura, Ciencias Biológicas , FIME, y las Preparatorias 1, 7 y 9. El pasado 15 de noviembrS', estas dependencias estuvieron presentes en la 4ta. Feria del Reciclaje, organizada por el Gobierno del Estado de Nuevo ·León. Dentro de esta feria hubo actividades culturales, artísticas-; conferencias, talleres, desfile alusivo al reciclaje, así como un pabellón industrial y cultural. En esta feria el lema principal fue "Separa los desechos". Todos los desperdicios como papel, cartón, plástico, __, aluminio, metal y vidrio tleben volver a utilizarse. Separarlos contribuye al reciclaje y ayuda a cuidar el · medio ambiente . Rector.................................................... .Dr. Luis J. Galán Wong Secretario General... .......:................... ..... lng. José Antonio González Treviño Secretaria de Asuntos Universitarios ...... .lng. María del Carmen Martínez Cejudo Directora de Comunicación e Imagen ......... Lic. Maye/a Rodríguez González Editores ........................................................... Dr. Juan Antonio García Salas, Dr. Hugo Alberto Luna O/vera Coordinadora de Redacción ......................Lic. Nadia Elizabeth Macias Nicanor Coordinador de Diseño ................ ............Lic. Alejandro Aguillón Valdez Colaboración .......................................... Lic. Luis Alfonso Franco García Lic. Eduardo Loredo Rivera Lic. Efraín Aldama Villa Lic. Héctor Olmedo Sauceda Paulina Martínez Rodríguez Norma González Comenta JOS = nd 1a anl,a;hc-tmail.com � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : comunicación institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Año de publicación El año cuando se publico 2001 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 1 Número Número de la revista 3 Mes de publicación Mes cuando se publicó Noviembre Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Irregular Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1752164&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León, 2001, Año 1, No 3, Noviembre Creator An entity primarily responsible for making the resource Rodríguez González, Mayela Guadalupe, Directora Subject The topic of the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Cultura Deportes estudiantiles Academia Educación Superior Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Secretaría de Asuntos Universitarios, Dirección de Comunicación e Imagen Contributor An entity responsible for making contributions to the resource García Salas, Antonio, Editor Aldamoa Villa, Efraín, Colaborador Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/11/2001 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2016023 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. [San Nicolás de los Garza, N.L., México] Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Aniversario Calidad Convenios Diplomado Educación ambiental Profesores Taller Universidad Universidad canta Valores https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/313/14017/INNOVA_2002._Vol._2._No._4._Marzo._0002016013.ocr.pdf 366ae21935bc1a2b7fa6b830bd4e079d PDF Text Text �La Educación Superior y la Investigación: retos y oportunidades. A inicios del Siglo XXI no se han podido conciliar todavía los grandes descubrimientos del Siglo XX para sostener el desarrollo a fin de " satisfacer las necesidades de la generación presente sin comprometer las necesidades de la generación futura". Se sabe que el desarrollo está unido al cambio ambiental, a las pautas de aumento en el consumo, a los estilos de vida en los países industrializados y a las elevadas tasas de crecimiento demográfico de los países en desarrollo. No cabe duda que en el siglo que hoy empieza surgirán más problemas, pero en medio de las dificultades están los desafíos y las oportunidades. Todos nos preguntamos que tipo de sociedad humana queremos construir en el futuro y aunque esté dominada por la ciencia y la tecnología, requerirá de la participación de todos y encaminar nuestros esfuerzos bajo el principio mencionado por Einstein: "La preocupación por el hombre y su destino debe ser siempre el principal objetivo de todos los esfuerzos, al igual que el interés por los grandes problemas sin resolver de la organización del trabajo y la distribución de bienes, a fin de que las creaciones de nuestras mentes sean una bendición y no una maldición para la humanidad. No olviden nunca esto en medio de sus diagramas y ecuaciones", es decir educar para ser, conocer, hacer y servir. Dr. Luis J. Galán Wong Rector de la U.A.N.L. ~ ,Jucación ~ ~LOVOCJ FONDO U?UVERSITAR.10 �Convenio con la Univers· En el mes de enero el director de la Facultad de Ciencias Forestales, el Dr. Alfonso Martínez Muñoz, se reunió con directivos de la Universidad de Texas A&M (Kingsville) con el propósito de firmar una carta de colaboración entre ambas Universidades. El propósito de esta colaboración es el intercambio, tanto de estudiantes como de profesores así como la elaboración en conjunto de proyectos de investigación. La Universidad Autónoma de Nuevo León y la Comisión Nacional y Estatal de los Derechos Humanos (CNDH) unen esfuerzos en pro de un mayor conocimiento, especialización y divulgación de los derechos humanos entre estudiantes y profesionistas del noreste del país a través de la creación de un diplomado. , Así mismo, se planea firmar un convenio más amplio entre rectores de universidades. UANL-CEMEX El grado de estudios que actualmente cursan más de treinta estudiantes en aulas de la Facultad de Derecho y Ciencias Sociales fue formalizado mediante la firma de un convenio, rubricado por el Dr. José Luis Soberanes Fernández, Presidente de la CNDH ; el Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de esta Máxima Casa de Estudios; la Lic. Ninfa Delia Domínguez, Titular de la Comisión Estatal, y el Lic. Helio Ayala Villarreal, Director de la Facultad de Derecho. La UANL pondrá a disposición del diplomado las instalaciones de la Facultad de Derecho, que albergará a estudiantes de Zacatecas, Coahuila y Nuevo León ; así como a expertos en la materia, la Comisión Nacional y la Comisión Estatal de Derechos Humanos proporcionan sus especialistas. Nuestra Máxima Casa de Estudios suscribió un convenio de colaboración con la empresa Cementos Mexicanos (CEMEX) dirigido a las personas con discapacidades. La alianza fue rubricada por el Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de la U.A.N.L. y el presidente de CEMEX Norteamérica, Lic. Francisco Garza Zambrano. El objetivo del convenio es fomentar la cooperación entre ambas instituciones a favor de la integración en el mercado laboral de profesionistas con algún tipo de discapacidad. La Universidad se compromete a través de su bolsa de trabajo a publicar y comunicar a la comunidad estudiantil cualquier vacante dentro de CEMEX que pueda ser compatible con algún tipo de4iscapacida Convenio con el lnstitut El pasado 18 de diciembre se firmó un convenio entre la UANL y la Procuraduría General de Justicia del Estado. Estuvieron presentes el Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de esta Universidad, la Lic. Álida Bonifaz, Procuradora de Justicia, el Dr. Jesús Ancer, Director de la Facultad de Medicina y del Hospital Universitario y como testigo de honor el Lic. Fernando Canales Clariond, Gobernador del Estado. En la misma ceremo~ia se inauguraron los Laboratorios de Patología Forense y el de Identificación Genética ADN que permitirán la búsqueda y obtención de pruebas que indiquen la culpabilidad de los presuntos implicados en un delito. Estos laboratorios equipados con alta tecnología serán operados por los Servicios Periciales de la Procuraduría General de Justicia del Estado. La UANL suscribió un convenio de intercambio académico y científico con el ln~tituto Karolinska de Suecia, con el propósito de impulsar la formación de recursos humanos y desarrollar proyectos de investigación conjuntos, en el área de oncología (parte de la medicina que trata de los tumores). La alianza estratégica permitirá la movilidad recíproca de estudiantes de pre y posgrado, visitas de profesores y estancias posdoctorales, entre otras cosas. El Instituto Karolinska es la universidad médica más grande en Europa, es un Instituto público con lo último en tecnología, además de tener el comité de selección de los Premios Nobel de Medicina que se otorgan cada año. �REUNIÓN PIFI - PIFOP (versión 11 ) El día 18 de enero se realizó la reunión PIFI- PIFOP (versión 11) en la Unidad de Seminarios de la UANL, en la cual se presentaron los lineamientos para la elaboración del Programa de Fortalecimiento Institucional y del Programa de Fortalecimiento del Posgrado que la Secretaría de Educación Pública ha derivado del Programa Nacional de Educación 20012006. La UANL a través de la Secretaría de Extensión y Cultura, dio inicio a la tercera serie de conferencias magistrales llamada "Cátedra Doctor Honoris Causa"; tiene como propósito que los más destacados exponentes de las ciencias, artes y humanidades compartan sus conocimientos, vivencias personales y experiencias profesionales. Estuvieron presentes autoridades de la Subsecretaría de Educación Superior e Investigación Científica (SESIC - SEP), el Dr. Julio Rubio Oca, Subsecretario de Educación Superior e Investigación Científica; el Dr. Eugenio Cetina Vadillo, Director General de Educación Superior; el Dr. Guillermo Aguilar Sahagún, Coordinador del Programa de Mejoramiento del Profesorado; y el Dr. Hugo Aréchiga, Coordinador de los Comités lnterinstitucionales de Evaluación de la Educación Superior. Desde 1980, la UANL ha otorgado títulos de Doctor Honoris Causa a 43 personalidades nacionales y extranjeras, entre ellos: biólogos, filósofos, físicos, juristas, literarios, químicos, médicos y economistas. "Esta cátedra honra la memoria de aquellos que con su ejemplo han legado un patrimonio cultural de riqueza social incalculable, así como aprovechar la presencia, conocimiento, trabajo y experiencia de muchos de estos personajes reconocidos por esta universidad pública," mencionó el Dr. Luis J. Galán Wong. El objetivo de los programas es conocer e identificar las condiciones que guarda el nivel superior dentro de la universidad, con el fin de efectuar una planeación integral que contribuya a la mejora continua de la calidad, y el aseguramiento de la misma en la presentación y desarrollo de proyectos, buscando la acreditación de sus programas educativos, la certificación de los servicios que presta y la eficiencia en la rendición de cuentas. Esta serie de conferencias dieron inicio el 4 de diciembre, en el auditorio de la Biblioteca Universitaria "Raúl Rangel Frías", siendo el primer expositor Floyd P. Horn, subsecretario de Investigación, Educación y Economía del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), quien en 1995 recibió el grado Doctor Honoris Causa. ~ Con la presentación de los proyectos PIFOPy PIFI, la UANL gestionará ante la Secretaría de Educación Pública apoyos financieros extraordinarios, mismos que le permitirán continuar con el compromiso de calidad que se ha trazado. �El Dr. Luis. J. Galán Wong rindió el 5 de diciembre su primer informe de actividades como Rector de esta Máxima Casa de Estudios. En sesión solemne del H. Consejo Universitario, el Dr. Galán presentó un balance sobre los avances académicos, administrativos, de investigación, infraestructura científica y tecnológica, asistenciales y difusión cultural, durante su primer año de gestión. Expresó su convencimiento de que la labor educativa debe tener por norma el señalamiento de la SEP para la educación superior que busca elevar la calidad de la educación nacional a nivel mundial. Cuatro nuevos programas de doctorado. El Centro de Transferencia de Tecnología. Instituto de Investigaciones Sociales. Aportación de 53 millones de pesos por la SEP para el Programa Integral de Fortalecimiento Institucional. Red Satelital Edusat en la UANL que enlaza las 53 dependencias académicas. Red Universitaria del Noreste (Reune) que enlaza a través de videoconferencias a las universidades públicas de Coahuila, Durango, Tamaulipas, Veracruz y San Luis Potosí, alcanzando una cobertura de 300 mil estudiantes. Programa de Educación Inicial y a Distancia "Trabajemos Juntos" que mediante el uso de la radio manejará un modelo para niños menores de seis años. Estudios de Producción de Material Educativo. Plataforma Electrónica, integrada por Edusat, videoconferencia, Internet 1 y muy pronto Internet 2. Integración del Canal 53 y Radio Universidad a la Dirección de Educación Audiovisual. Dos Centros de Autoaprendizaje del Idioma Inglés. Inauguración y remodelación de siete bibliotecas de escuelas y facultades. Apoyo extraordinario de la SEP, con valor arriba de 43 millones de pesos, consistente en bienes adjudicados y donados que benefician a la Dirección de Construcción y Mantenimiento, a tres escuelas y a seis facultades. 50 mil 367 becas a estudiantes universitarios. La creación de la Secretaría de Asuntos Universitarios y la Secretaría de Fomento Económico. A probación del Informe de la Auditoría Externa correspondiente al 2000. A probación del Presupuesto de Ingresos y Egresos para el ejercicio del 2001. A probación de que la Auditoría Externa de la UANL para el ejercicio del 2001 se realice por el despacho contable Gossler, S. C. Reglamento General de las Escuelas de Nivel Medio Superior, reglamentos internos de nueve dependencias y Reglamento de Becas. Toma de protesta a 20 directores de las correspondientes dependencias académicas por la H. Junta de Gobierno. Un paso más en la homologación salarial de los profesores, otorgándoles un incremento de 4.5 % retroactivo al 1 de enero de 2001. Titulación en la modalidad de experiencia profesional. �¿T8 INTERESA adquirir elll8ñeneia en el campo laboral? " Maestro Emprendador" La Facultad de Agronomía de la UANL celebró su aniversario número 47 el pasado mes de diciembre. Esta facultad fue fundada a iniciativa del Dr. Eduardo Aguirre Pequeño, Director del Instituto de Investigaciones Científicas de la Universidad de Nuevo León, quien hace la propuesta para la creación de la Escuela de Ciencias Biológicas y la Escuela de Agronomía, por considerar que la formación de profesionistas en estas áreas apoyarían la investigación del Instituto en el área de los recursos naturales, labor que formaba parte fundamental de los objetivos de dicho Instituto. Por tal motivo, el Dr. Emilio Olivares Sáenz, director, así como autoridades de la misma ofrecieron una ceremonia en la que hubo entrega de diplomas a los alumnos destacados en el área académica y de investigación de nuestra Universidad, presentaciones de libros, conferencias, actividades deportivas y sociales. Cabe mencionar que la facultad se ha integrado a los programas encaminados al mejoramiento del profesorado y de los planes de estudio, y al equipamiento de laboratorios y mejora de infraestructura. Además, se ha interrelacionado en sus actividades docentes y de investigación con escuelas similares ubicadas en el país y fuera de éste. ,1aoa11ta1 hacar tus prácticas profaslonalas y no tlanas idaa dónda puadas hacerlas? 1 Si eres estudiante o egresado de esta Institución, la nueva Bolsa de Trabajo de la UANL te da la oportunidad de conseguir trabajo dentro de las más importantes empresas del norte del país. En la UANL nos preocupamos por el futuro de nuestros estudiantes y egresados, creemos que tienen el potencial para hacer cosas grandes, por lo que ponemos al alcance de sus manos esta valiosa herramienta que les ayudará a conseguir trabajo, brindará consejos sobre cómo actuar en las entrevistas, cómo mejorar las relaciones de trabajo y muchas cosas m ás. Llena tu currículum en la página http://www.tuchamba.com/uanl O acude al Departamento de Servicio Social, en la planta baja de la Torre de Rectoría, ala sur. �Las labores cívicas a las que se ha dedicado Don Miguel son las siguientes: s Miembro Fundador de la Asociación de Ex-alumnos de la Facultad de Contaduría Pública y Administración junio de 1957. S Miembro del Instituto de Contadores Públicos de Nuevo León desde 1958. Miembro del Comité Organizador de la 1ª y 2ª Exposición Industrial de San Nicolás de los Garza, N.L., a beneficio del Instituto de protección a la infancia en el Estado. 1" ... Nació en Monterrey, N.L., en el año de 1932, egresado de I-::::::;:~===:::::. Administración de esta Universidad. Su esposa, la Sra. Ana M principales testigos de los logros de Don Miguel. ntaduría Pública y Empresario de gran prestigio, Don Miguel C. Barragán Villa1ro!alt;,1rn--e altruismo a su Alma Mater. lmpulsador de la educación, Don MiHUl....,.ca como empresario, es presidente del Consejo Consultivo Externo:il&iista:Viiiv, espacio de acercamiento entre la Institución y la comunidad. Ei:~ tr!iiv•s e lo de dedicación y de sus ocupaciones rsidad, un excelente este Consejo que la Presidente del Consejo Municipal de la Ciudadanía en San Nicolás de los Garza, N.L., en el período de 1968-1971. 8 Candidato del P.R.I. a la Alcaldía de San Nicolás de los Garza, N.L. por el período de 1977-1979• " Alcalde suplente de la Ciudad de Monterrey en el período de 1983-1985. Miembro de la Junta de Gobierno de Patrimonio de Beneficio Universitario desde 1983 a la fecha. Universidad manifiesta su preocupación por la sociedad, y la-1~~~~Cla-.:.rfJ!i;~~ fiesta su preocupación por la Universidad. El factor más trascen ente de esta labor, has s nterés, la d" sición y el tiempo valioso de sus integrantes; el apoyo que generosamente han decidido brinda nuestra Máxima Casa de Estudios, mediante su participación honoraria y honorable yos trabajos h tan fértiles para bien de la Universidad Autónoma de Nuevo den omunidad. 8 Vicepresidente y Fundador del Museo de la Fauna y Ciencias Naturales. " " Miembro del Consejo del Patronato Premio Luis Elizondo del l.T.E.S.M. Miembro del Consejo de la Comisión Estatal de Derechos Humanos. Presidente Ejecutivo del Comité de Vinculación del CONALEP. " Presidente del Consejo Consultivo del Centro de Empresas Familiares UDEM-FAMILY BUSINESS. Como presidente del Consejo Consultivo, Don Miguel fue quien tuvo la iniciativa de la creac Fundación UANL que también es un enlace de nuestra Unive "d'""~ · dad. Consejero del Patronato Monterrey-400 en el año de 1996. El pasado 19 de febrero del 2001, reclbi6 la Medalla otorgó como promotor al desarrollo unlverslta · Presidente del Consejo Consultivo de la Universidad Autónoma de Nuevo León desde 1997 a la fecha. " Presidente Fundador de la Fundación U.A.N.L. en el año 2000, desempeñándose actualmente como vocal. Don Miguel C. Barragán Villarreal, un universitario ejemplar. �IA UNIV El Centro de Estudios de la Cultura de la UANL es una asociación formada por profesionistas y alumnos de las áreas de ciencias sociales y humanidades, desde el 1 de octubre. Tiene entre sus metas más ambiciosas, la creación de un grupo de discusión y análisis acerca de teorías de la cultura, además de realizar investigación sociocultural con temáticas relevantes para nuestra Alma Mater. El grupo cuenta actualmente con 15 miembros permanentes y cuatro participantes extranjeros, en las sesiones de su Círculo de Lectura semanal. Para los miembros del CEC una diversidad teórico - metodológica significa una mayor cantidad de opciones en torno a la interpretación de un sistema, y por consecuencia un reconocimiento a la contingencia y la pluralidad. Para el CEC, el término "cultura" significa más que la simple palabra con la cual se designan prácticas sociales de un grupo determinado, la cultura es una totalidad de significación, y por lo tanto, su reconocimiento implica la construcción del sentido a partir de la interacción entre mente y materia, conciencia y cosas. Toda la información acerca de este grupo, como sus estatutos, cargos representativos, intereses, proyectos a corto plazo, influencias científicas notables a nivel grupal, asociaciones amigas de intercambio, textos de discusión utilizados en cada una de las sesiones y demás proyectos se pueden encontrar en su sitio de Internet: http://www.angelfire.com/ego/cedelacultura/index.html Información general al correo web: cedelacultura@hotmail.com ITARIA. La Facultad de Ciencias Químicas, a través de la carrera de Químico Farmacéutico Biólogo, consciente de su compromiso con la sociedad en el área de la salud, ha retomado su campo de aplicación en lo que respecta a la atención farmacéutica, la cual comprende la dispensación responsable de los medicamentos con el propósito de mejorar la calidad de vida del paciente. La Farmacia Universitaria y el Centro de Información de Medicamentos son un nuevo concepto en atención farmacéutica que ofrece a toda la comunidad del área metropolitana de Monterrey los servicios de: • • Venta de medicamentos. Asesoría profesional al paciente para el uso correcto de los medicamentos. Seguimiento de la terapia de los pacientes para identificar reacciones adversas y efectividad del medicamento. Elaboración de preparaciones magistrales prescritas por el médico para un paciente en particular. Servicios de información a través de conferencias y cursos para el control de enfermedades crónicas. Para mayor información visite la pagina: http://www.uanl.mx/facs/fcq/principal.html o acuda personalmente : Ave. Pedro de Alba sin, Cd. Universitaria. Facultad de Ciencias Químicas. �Arte en la ~1~1 En el mismo recinto expuso su obra escultórica Fernando Fuentes. En su infancia dos personas, su abuelo paterno Osear, y su padre Fernando son su motivación e influencia por la pasión hacia la naturaleza, desarrolló el gusto por el arte y los caballos. • •• Realizó sus estudios profesionales de Ingeniero Agrónomo Zootecoista en la Facultad de Agronomía de nuestra Universidad en donde comienza a experimentar su creatividad con el arte de ver y la escultura. Ha desarrollado un especial interés en la charrería y en la crianza de caballos cuarto de milla, gusto que refleja en sus obras. Sus bras únicas y originales revelan un magnifico trabajo y el resultado de su ingenio que se ve plasmado en cada una de sus esculturas. ~ L• -'ucación tOVIOCl ~ �ES LUSTROS" i La Biblioteca Universitaria "R muestra escultórica de Sylvia de formas nos muestra las p sus obras como son el alabastro, algunos de estos materiales, tra una inspiración tan peculiar de gr Cada una de sus piezas poseen un donde sale avan_ t e la sensible experimen empleo creativo con otros materiales co ' revestir sus galerias con fa .. donde esta singular creadora es emplei\dos en cada una de y vidrio, mezclando entre sí ansmitir en sus esculturas bajo éieramente n9table. cQuees ~ una búsqueda de la intimidad artista-espectador , y en donde distinguimos la ensamb1adura en un on partes automotrices, conchas y piedras de mar• .,.. Es el nuevo sistema telefónico de infoa Universidad Autónoma de Nuev ,, ,, , coue tipo de i1for11acio1 proporcioaac!\~~ ' las cuales van de dlmensione!fdesde 2.08 m de altura • .. . , ~ aJ~[]1ll[ ? ~; por 62 piezas, en sus obras plasma la figura humana, ~ rostros, peces, imág~ hasta 1.86 cm de anch ~ , • • • • Información sobre el actual ciclo escolar. ),,.\. La ubicación y los teléfonos de fas distintas dependencias y facultades de la UANL. Los requisitos para cualguier trámite-escolar. Eventos culturales, académicos y deportivos. c:Oué horario tiene? El sistema UNITEL proporciona información las 24 horas del dfa. cCuáles son las ventajas que Ofrece UNITElíl • Resolver en una llamada dudas específicas. • Dar fluidez a cualquier trámite. • Conocer los eventos más importantes del momento. Además en el CORREO DE VOZ, con un mensaje del Sr. Rector, usted podrá expresar cualquier duda, comentario y opinión al que se le dará seguimiento y atención de inmediato. c:Qué número tengo que marcar? ffiU~dJ~uV Atención "rsonalizada de información en la planta l>a}il de la Tor~9 _deMRectoría de las 6:00 AM de 8 .00 P • Atención de qgeradora en el conmutador 83 29 40 OU de 8:00 AM a 8:30 PM y los sábados de 8:00 AM a 3:30 PM. Dr. Luis J . Galán Wong Rector lg. Maria del Carmen Martinez Cefudo &ecretaria de Asuntos Universitaños �~ducación l.mPCRO LO \IDO �� Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : comunicación institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Año de publicación El año cuando se publico 2002 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 2 Número Número de la revista 4 Mes de publicación Mes cuando se publicó Marzo Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Irregular Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1752164&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León, 2002, Año 2, No 4, Marzo Creator An entity primarily responsible for making the resource Rodríguez González, Mayela Guadalupe, Directora Subject The topic of the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Cultura Deportes estudiantiles Academia Educación Superior Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Secretaría de Asuntos Universitarios, Dirección de Comunicación e Imagen Contributor An entity responsible for making contributions to the resource García Salas, Antonio, Editor Aldamoa Villa, Efraín, Colaborador Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/03/2002 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2016013 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. [San Nicolás de los Garza, N.L., México] Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Arte Convenios Educación superior Farmacia universitaria Investigación Seguro médico https://hemerotecadigital.uanl.mx/files/original/313/14018/INNOVA_2002._Vol._2._No._5._Mayo._0002016014.ocr.pdf 62982ebda1eaad3977a48e146088a378 PDF Text Text FINANCIAMIENTO, EDUCACIÓN Y DESARROLLO El financiamiento, la educación y el desarrollo son temas de suma importancia para el mundo entero. En este contexto, la ciencia en México ha dependido en más de un 80% del financiamiento público; sin embargo, el Estado más que encauzar la investigación, se ha limitado a dar apoyo financiero, sin fijar políticas nacionales de desarrollo. La ciencia se desarrolló según la voluntad e intereses de la comunidad científica más inclinada a trabajar en áreas de vanguardia que en temas directamente relacionados con las necesidades básicas de la sociedad. En nuestro país, la infraestructura en ciencia y tecnología está poco desarrollada con tasas de investigación y desarrollo por abajo del 0.5% del Producto Interno Bruto. México no figura entre lqs veinte primeros países con respecto al número de patentes y a la productividad científica, medida en función de cantidad de publicaciones especializadas, de 1984 a la fecha. Últimamente, las actividades nacionales de investigación tratan de tender un puente entre la academia y el sector productivo. No obstante, estas alianzas son incipientes y débiles ya que el sector industrial no genera demandas rea1es de investigación a nivel local. Ante esta debilidad, la comunidad científica se resiste a modificar sus prioridades y a forjarse objetivos más prácticos que se ajusten al mercado y los sectores productivos más desarrollados dependen de filiales extranjeras que cuentan con laboratorios y protocolos de cooperación con universidades en sus países de origen. El financiamiento, la educación y el desarrollo atraviesan una etapa de transición, donde la comunidad científica nacional deberá redefinir su función y aprender a trabajar en contextos más coop~.r~ti~~ emm-s-~ do debe asumir la responsabil~ a~ uJ:~r s p íti científicas y tecnoliea~ as r~iJcl~s naei I s y a ar como medí , , n re u iver "cia e&,--lah@f ri .si_e~ a stria. -----~ ~ ~~ /=------- . ~ ~ ~ :q ~Wllfl,t·cación ~ LO VVCl ~ /J --~..G ALERE FLML Recforde la \TERITl\TIS �La Universidad Autónoma de Nuevo León en su interés por interactuar con la sociedad firma los siguientes convenios: • UAN~ - PROFEDET (PROCURADURiA FEDERAL DE LA DEFENSA DEL TRABAJO) • UANL- UNIVERSIDAD DE OKLAHOMA • UANL - TEXAS WOMAN UNIVERSITY • FACULTAD DE DERECHO Y CRIMINOLOGÍA - INSTITUTO DE ALTOS ESTUDIOS INTERNACIONALES • INNOVACIÓN YDESARROLLO TECNOLÓGICO EN LA UANL ~ carnm•~•TlCWll.,OOIA Para impulsar la innovación y el desarrollo tecnológico así como la formación de profesionales con mayores habilidades competitivas, nuestra Alma Mater creó ~I C~ntro d~ Transferencia de Tecnología (CTT), el cual aglutina a las 26 facultades de esta Universidad as, como a los centros de investigación. El CTT propone estimular la generación y transferencia de tecnología y servicios a los sectores productivos de la sociedad, en los ámbitos científico, artístico y social. El Centro de Transferencia de Tecnología tiene entre algunos de sus objetivos: Lograr que las investigaciones sobre productos sean transferidas eficientemente al sector público. Educar para impulsar una cultura de innovación. Propiciar alianzas entre nuestra Universidad y el sector productivo. HOSPITAL UNIVERSITARIO - INJUDE (INSTITUTO ESTATAL DE LA JUVENTUD Y EL DEPORTE) Obtener la certificación y la mejora continua de la calidad de las instancias Universitarias. Sus oficinas se encuentran ubicadas a partir del día 24 de abril, día de su inauguración, en el tercer piso de la Biblioteca Universitaria "Raúl Rangel Frías"; dicho centro cuenta con un área de recepción, tres oficinas, una sala de reuniones y una sala de capacitación. En una visita a la Universidad Autónoma de Nuevo León, la Presidenta del Consejo Nacional para la Cultura y las Artes (CONACULTA) Lic. Sari Bermúdez se entrevistó con el Rector de nuestra Alma Mater, el Dr. Luis J. Galán Wong; con el fin de anunciar los diversos programas de vinculación de CONACULTA con las instituciones de educación superior del país. Convencida que las universidades son un campo fértil para el cultivo y difusión de las manifestaciones estéticas y del pensamiento humanístico y ya que gran parte de la inteligencia de este país se encuentra en las universidades; se ha creado la Dirección General de Vinculación con las Universidades, con el propósito de unir fuerzas para la descentralización de los bienes y servicios culturales. Por otra parte, el Dr. Luis J. Galán Wong, solicitará el apoyo a la Presidenta de CONACULTA, Lic. Sari Bermúdez, para el magno proyecto del Centro Cultural Universitario del Colegio Civil, en lo referente a talentos e ideas. ~,Jucación l..~ f'C:RCI LO \/00 'fjctucación li.. ~PCRl LO VCXl �PARTICIPACIÓN DE LA UANL EN EL ENCUENTRO INTERNACIONAL S()BRE EL FINANCIAMIENTO DE UNA EDUCACION PARA EL DESARROLLO El pasado mes de marzo se llevó a cabo en la Biblioteca Universitaria "Raúl Rangel Frías", el Encuentro Internacional sobre el Financiamiento de una Educación para el Desarrollo. En dicho evento se dialogó sobre tres temas importantes para el desarrollo de las naciones: Educación para el Desarrollo Financiamiento de la Investigación para el Desarrollo Desarrollo a través de la Innovación. El encargado de arrancar las actividades fue el Secretario de Educación Pública de México, Dr. Reyes S. Tamez Guerra, el cual mencionó: "Una mayor inversión favorece el desarrollo, entonces debemos implementar los programas y las estrategias adecuadas para beneficiar al país, queremos que el sistema educativo sea reconocido por su calidad. sabemos que los resultados son difíciles de lograr a corto plazo. pero se está intentando". En la tercera jornada del encuentro, los participantes quedaron convencidos de que la innovación en ciencia y tecnología es la clave para el desarrollo de nuevos productos y servicios; esta aplicación deberá incluir a las distintas partes del proceso, instituciones de financiamiento, industriales y productores. El encuentro auspiciado por la ONU en coordinación con siete universidades públicas y privadas del área metropolitana de Monterrey, también contó con la participación de la Representante del Banco Mundial, Frannie Leautier; el Profesor de la Universidad de Tokio, Takafumi Matsui; Peter M. Schane, Director del Instituto de Estudios para la Tecnología Informática y Sociedad; Guillermo Compeán Jiménez, Director del Instituto Nacional de la Pesca; Fernando Jaimes, Titular de la Dirección de Tecnologías de ITESM; Hugo Barrera Saldaña, Investigador de la UANL; Gustavo Chapela Castañares, Director del Instituto Mexicano del Petróleo, Guillermo Aguirre Esponda, Director Adjunto de Modernización Tecnológica de CONACYT y el Rector de la Universidad de Monterrey, Francisco J. Azcúnaga Guerra. Para el segundo día de actividades nuestra Máxima Casa de Estudios, invitó al Dr. Juan Ramón de la Fuente, Rector de la Universidad Nacional Autónoma de México, con el propósito de hablar del Financiamiento de la Investigación para el Desarrollo, quien al respecto comentó: "Tenemos que aceptar que el conocimiento ahora tiene un valor económico y constituye el principal ingrediente del capital social; la concentración del capital está mas ligado a la concentración del conocimiento". En ese mismo tenor se manifestó el Dr. Luis J. Galán Wong, Rector de la Universidad Autónoma de Nuevo León que fungió como moderador del panel, al declarar que las condiciones del país cambiarían si los empresarios invirtieran en investigación. "Pero nunca se ha dado este fenómeno porque no existe una ley que los obligue a gastar parte de sus ganancias en investigación", declaró en su momento el Rector de la UANL. ~ ,Jucación i.~ ..iPCRO LO \IDO . .. º .\ ■ �INAUGURAN CENTRO PARA INVIDENTES Y DÉBILES VISUALES Para reforzar el rendimiento social, cultural y académico de los estudiantes invidentes y débiles visuales, que a pesar de estas capacidades diferenciadas estudian licenciatura y bachillerato en nuestra Máxima Casa de Estudios y por lo cual son un gran ejemplo y orgullo para la UANL, se inauguró el pasado 13 de marzo el Centro para Invidentes y Débiles Visuales, la primera sala Tiflotécnica en Hispanoamérica, el cual está ubicado en la Capilla Alfonsina. La sala Tiflotécnica, fomentará en tos invidentes y débiles visuales el deseo de superación personal, mediante conferencias y mesas redondas. Equipo con que se cuenta: • • • • • • La sala cuenta con quince computadoras equipadas con software de lector de pantalla, Jaws estándar, que permitirá a los usuarios trabajar en plataformas Windows, así como con el "Open Book" que facilita el reconocimiento óptico de caracteres y su interpretación de voz. Un programa "Duxbury DBT Win ", que traduce un texto normal al sistema braille. Un amplificador de pantalla llamado "Lunar Plus", que amplía la imagen hasta 32 veces de su tamaño normal como tipografía o imágenes. Una impresora braille de interpunto "lndex 4x4 Pro" y una de interpunto "Evereste-D"de lndex. Dos lectores ópticos "Telesensory" que amplia el texto o la imagen de gran precisión, opera en circuito cerrado para el uso de débiles visuales. Dos sistemas de lectura Galileo, "Robotron", que digitaliza el texto y lo traduce en voz. Tales instalaciones brindan servicio no sólo a la comunidad universitaria con discapacidades, sino a la población en general. El Centro es atendido por Javier Rodríguez Martínez, débil visual, licenciado en Ciencias Computacionales de la Físico-Matemáticas, Paula Pérez Salas, invidente, actualmente cursa el décimo semestre en el Colegio de Pedagogía de la Facultad de Filosofía y Letras y el bibliotecólogo Santiago Novoa Sepúlveda. ~ ~ucación ..11!11l1f'CRO LO VOO �Otras labores a las que se ha dedicado el Lic. Napoleón Cantú Cerna: LIC. NAPOLEÓN CANTÚ CERNA Secretario General de Gobierno del Estado de Nuevo León. Es originario de la ciudad de Monterrey, Nuevo León, donde nació el 28 de febrero de 1936. Diputado en la LIX Legislatura del Estado de Nuevo León. Su destacada formación académica lo ha llevado al logro de sus objetivos. Estudió la carrera de Licenciado en Derecho, en la Facultad de Derecho y Criminología de nuestra "Alma Mater" (1957). Procurador General de Justicia en el Estado de Nuevo León. Diputado Federal en la LIV Legislatura del Congreso de la Unión. Miembro de la Delegación Mexicana a la XXIX Reunión lnter-Parlamentaria Ha realizado estudios en New York University, lnter-American Law lnstitute, donde cursó Master in Comparative Jurisprudence (1957-1958). México-Estados Unidos. Miembro del Colegio de Abogados de Nuevo León, A.C. Tomó un curso de Derecho Comparado en la Faculté lnternationale de Droit Comparé, en Luxemburgo (1958). Miembro de la Academia de Derecho Mercantil de Nuevo León, A.C . Miembro de la Academia de Derecho Fiscal de Nuevo León, A.C. Ex-vicepresidente de la Asociación Mexicana de Mediación y Arbitraje Comercial, Como parte de su trayectoria en la Universidad Autónoma de Nuevo León, ocupó diferentes cargos, tales c ·ce de la Facultad de Derecho y Criminología, además es mie dttha facultad. A.C. Es Co-autor del Libro Es miembro importante labor exclusivo, apoy, la que sus mie ~ duración ~WJPOs(J LO IJIXl L, S.A. ( 1994) A).., donde realiza una '~t,o objetivo único y a de Nuevo León y en Actualmente e· Elizondo-C , ucac,on ' lO \IXI .,¡-,:id.lllUI"..- ", Editorial Porrúa, �PREMIAN A TALENTOS UNIVERSITARIOS La UANL tiene interés en apoyar a estudiantes que poseen un alto nivel académico. Por ello creó el Programa de Atención y Desarrollo de Talentos, dirigido a estudiantes sobresalientes del nivel superior. Su objetivo consiste en coadyuvar a la formación integral de los estudiantes para elevar su calidad de vida profesional y humana. Durante la ceremonia realizada el 7 de marzo, el Rector de nuestra Alma Mater, Dr. Luis J. Galán Wong, entregó reconocimientos a un grupo de 47 estudiantes (Talentos Universitarios) por inteNenir en certámenes a nivel nacional e internacional, durante el 2001 al tomar parte en distintos concursos y áreas de conocimiento. Los diplomas fueron entregados a estudiantes de las Facultades de Ingeniería Civil, Ciencias Químicas, Ciencias Físico- Matemáticas, Enfermería, Artes Visuales y Economía, así como de las Preparatorias 2, 7, 9, 15, 16, 22 y E.I. y P.T. "Álvaro Obregón". INAUGURAN TELECAMPUS DE LA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS La Facultad de Ciencias Químicas en manos del Sr. Rector de nuestra Máxima Casa de Estudios, el Dr. Luis J. Galán Wong, inauguró el pasado mes de abril una nueva unidad llamada Telecampus. Este nuevo avance es en busca de sumarse a la tecnología educativa; la función estratégica es ofrecer programas académicos de educación superior, de educación continua y de capacitación a distancia. La unidad cuenta con dos aulas y un auditorio equipado para recepción y producción de videoconferencias interactivas, enlaces satelitales y vía Internet. Esta unidad está ubicada en la sede de la División de Estudios Superiores de la Facultad de Ciencias Químicas. NUEVA IMAGEN DE RADIO UANL 89. 7 FM El espacio radiofónico de nuestra Universidad, Radio UANL 89.7 FM, presentó su nueva imagen ante la comunidad estudiantil, en un evento masivo realizado en la explanada de Ciudad Universitaria. CONGRESO NACIONAL DE MICROBIOLOGiA El pasado mes de abril se llevó a cabo el XXXIII Congreso Nacional de Microbiología en nuestra cuidad, coordinado por la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León. En dicho evento se contó con la participación de profesionistas y estudiantes de distintas universidades de Latinoamérica y Europa. Entre los temas que se trataron se incluyen ocho áreas de microbiología tales como: básica, médica, sanitaria, agrícola, biotecnología, inmunología, parasitología; entre otras. La nueva imagen se presentó bajo el concepto "Educación para la Vida en Imagen y Sonido"; Radio UANL abarca casi toda el área metropolitana de Monterrey y ha ampliado su horario de transmisiones de 7:00 a 21 :00 horas. También se estrena nueva imagen en programación, la cual se transmite totalmente en vivo y con una participación cien por ciento estudiantil. Los programas presentados son producciones propias de los estudiantes de las diferentes facultades y los espacios se utilizan para difundir y compartir inquietudes y conocimientos. �CENTRO DE ACONDICIONAMIENTO FÍSICO MAGISTERIAL HOMENAJE AL DR. CARLOS CANSECO GONZÁLEZ El Dr. Carlos Canseco González recibió un merecido homenaje en la Facultad de Medicina de nuestra Universidad, al develar un busto con su imagen y cambiar el nombre del Colegio de Médicos Cirujanos de Nuevo León, por el suyo. El decano de los alergólogos (médicos especializados en afecciones alérgicas) en México, es parte importante de la Facultad de Medicina de nuestra Alma Mater por varias razones: es profesor emérito y fundador de la cátedra de alergia e impulsor de varios departamentos como el de Servicios de Alergología, del Laboratorio Central de Investigación de Alergias y del Centro de Control de Enfermedades Infecciosas. El Dr. Carlos Canseco ha sido considerado como Héroe Mundial de la Salud por la Organización Panamericana de la Salud (OPS) gracias a sus aportaciones, las cuales han permitido el desarrollo de la salud pública en México y en el mundo, así como su especial lucha contra la polio. Considerando la importancia que tiene el ejercicio como parte fundamental en la salud, la UANL a través del Dr. Luis J. Galán Wong se ha preocupado por ofrecer un lugar con múltiples beneficios para el magisterio y la comunidad en general, invitándolos a visitar y formar parte del mismo. .Áreas de acondicionamiento físico con aparatos. • Asesoría médica y nutricional. .Laboratorio de análisis clínicos, antropometría y terapia física. • Sala de aerobics . • cancha multidisciplinaria . • Baño sauna, de vapor, regaderas, lockers, sanitarios, etc . • Además amplio estacionamiento. La finalidad del gimnasio es otorgar un servicio profesional que lo induzca y motive a la dinámica permanente de la actividad física, con el propósito de conservar y mejorar su estado de salud, desempeño personal y profesional y como consecuencia una excelente calidad de vida. Mayores informes: 83495964 y 81039673 MAESTRÍA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS De la mano del Rector de nuestra Máxima Casa de Estudios, Dr. Luis J. Galán Wong, 99 profesores de las especialidades en Biología, Física, Matemáticas y Química recibieron reconocimientos al ser Egresados de la Maestría en Enseñanza de las Ciencias . En 1997, la Universidad Autónoma de Nuevo León creó la Maestría en Enseñanza de las Ciencias, con el fin de mejorar el proceso enseñanza aprendizaje . �OBRA RETROSPECTIVA RESEÑA DE ARTES PLÁSTICAS EN LA UANL Mariela Coindreau de Canavati La Universidad Autónoma de Nuevo León a través de la Secretaría de Asuntos Universitarios y la Dirección de Comunicación e Imagen, organizaron la exposición "Obra Retrospectiva" de Mariela Coindreau de Canavati, la cual se presentó durante el mes de marzo en el Espacio de Arte ubicado en el lobby de la Torre de Rectoría. Durante el mes de abril, las galerías de la Biblioteca Universitaria "Raúl Rangel Frías", fueron espacio para reunir las obras de 62 artistas de la plástica de Nuevo León, todos ellos egresados de nuestra Máxima Casa de Estudios. Dicha muestra pictórica integra 13 obras en las cuales Mariela Coindreau expresa sus sentimientos y pasiones. La exposición fue el marco artístico que engalanó el Encuentro Internacional sobre el Financiamiento de una Educación para el Desarrollo. Se expusieron unas 100 obras en diferentes técnicas como acuarela, acrílico, óleo, escultura y cerámica. Tal exposición cumplió con el objetivo de rendir un reconocimiento a todos los artistas conocidos e ignorados que han pasado por las aulas de la UANL y asimismo dar a conocer la riqueza plástica a lo largo de la historia de nuestra Máxima Casa de Estudios. e El pasado mes de abril el Espacio de Arte de la Torre de Rectoría en nuestra Alma Mater, mostró una serie conjunta de pinturas de gran formato; en esta ocasión los expositores fueron tres mujeres, unidas por los lazos familiares y el gusto de la plástica: Jessica Bortoni,Celia María González y Claudia González, hija, madre y tía respectivamente. En esta exposición se pudieron apreciar diferentes técnicas como el óleo, acuarela, acrílico y mixta; dichas obras manifiestan el valor de la amiS@e, el amor a la familia y la alegría. Autor : Celo Mo. Gonzólez Titulo : Sin lilulo Técnica : Mixtos/tela Medidas : 40 X 50 cm Autor : Jéssico Bortori Título : Aguros obstróclas Técnica : Óleo Medidas : 100 X 80 cm Autor : Oouóo González Titulo: B morco do,ado Técnica : Mixto Médidas : 140 X 130 cm . ..,: (J \ <;; �UNIVERSITARIOS PINTAN SONRISAS El pasado 29 de abril la Secretaría de Asuntos Universitarios, a través de la Dirección de Actividades Estudiantiles organizó el festival "PINTEMOS UNA SONRISA", con motivo del Día del Niño, alrededor de 300 jóvenes universitarios fueron los encargados de hacer sonreír a los casi 700 niños que se dieron lugar en el Teatro Universitario de la UANL. Entre risas y aplausos, algunos universitarios disfrutaron al ser partícipes del divertido show que animara el festival, mientras otros repartían dulces y juguetes, se cumplía su objetivo de pintar sonrisas en cada uno de los niños que acudieron a celebrar su día. Dr. Luis J. Galán Wong Rector lng. José Antonio González Treviño Secretario General lng. María del Carmen Martínez Cejudo Secretaria de Asuntos Universitarios Lic. Mayela Rodríguez Directora de Comunicación e Imagen Dr. Juan Antonio García Salas Editor Lic. Maricruz Fuerte Nuncio Coordinadora de Redacción Lic. Javier García Martínez Coordinador de Diseño Colaboración Lic. Luis Alfonso Franco García Lic. Eduardo Loredo Rivera Lic. Efraín Aldama Villa Daniel Pardo Durán Brenda Berenice González Fernández Rosa de la Cruz Oropeza Solís Comentarios: comeima@ccr.dsi.uanl.mx � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : comunicación institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Título Uniforme Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León Año de publicación El año cuando se publico 2002 Año Año de la revista (Año 1, Año 2) No es es año de publicación. 2 Número Número de la revista 5 Mes de publicación Mes cuando se publicó Mayo Día Día del mes de la publicación 1 Periodicidad La periodicidad de la publicación (diaria, semanal, mensual, anual) Irregular Relación OPAC https://www.codice.uanl.mx/RegistroBibliografico/InformacionBibliografica?from=BusquedaAvanzada&bibId=1752164&biblioteca=0&fb=20000&fm=6&isbn= Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Innova : Comunicación Institucional de la Universidad Autónoma de Nuevo León, 2002, Año 2, No 5, Mayo Creator An entity primarily responsible for making the resource Rodríguez González, Mayela Guadalupe, Directora Subject The topic of the resource Universidad Autónoma de Nuevo León Cultura Deportes estudiantiles Academia Educación Superior Publicaciones periódicas Description An account of the resource Revista de comunicación institucional de la UANL. Editado por Juan Antonio García Salas. Contiene información académica, estudiantil, deportivas, notas culturales y administrativas de la Máxima Casa de Estudios. Publisher An entity responsible for making the resource available Universidad Autónoma de Nuevo León, Secretaría de Asuntos Universitarios, Dirección de Comunicación e Imagen Contributor An entity responsible for making contributions to the resource García Salas, Antonio, Editor Aldamoa Villa, Efraín, Colaborador Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 01/05/2002 Type The nature or genre of the resource Revista Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource tex/pdf Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context 2016014 Source A related resource from which the described resource is derived Fondo Universitario Language A language of the resource spa Spatial Coverage Spatial characteristics of the resource. [San Nicolás de los Garza, N.L., México] Access Rights Information about who can access the resource or an indication of its security status. Access Rights may include information regarding access or restrictions based on privacy, security, or other policies. Universidad Autónoma de Nuevo León Rights Holder A person or organization owning or managing rights over the resource. El diseño y los contenidos de La hemeroteca Digital UANL están protegidos por la Ley de derechos de autor, Cap. III. De dominio público. Art. 152. Las obras del dominio público pueden ser libremente utilizadas por cualquier persona, con la sola restricción de respetar los derechos morales de los respectivos autores Arte Convenios Desarrollo Educación Egresados Financiamiento Microbiología Sala Tiflotécnica Talentos