Investiga.TEC No 20

Mayo del 2014
Año 7. No. 20. ISSN 1659-3383
-PROFESORES TEC-
El TEC se fue a la calle
(página 2)
Inteligencia bioinspirada
(página 5)
Sistema experto permitirá detección
temprana de fallas en motores eléctricos
mediante monitoreo de temperatura
(página 3)
Humildades epistémicas I
(página 5)
Una ruta para el desarrollo sostenible:
el Plan GAM 2013-2030 (Plan GAM)
(página 7)
Proyecto eBridge 2.0 utiliza sensores
de fibra óptica FBG para monitoreo
de la salud estructural de puentes
(página 9)
TEC mostró trabajos de investigación
al público
(página 13)
Investiga.TEC es una
publicación cuatrimestral
de la Vicerrectoría de
Investigación y Extensión
del Instituto Tecnológico
de Costa Rica.
Editora:
Marcela Guzmán O.
Comité Editorial:
Dagoberto Arias A.
Marcela Guzmán O.
Silvia Hidalgo S.
Ileana Ma. Moreira G.
Edgar Ortiz M.
Teléfonos:
(506) 2550-2315 ó
(506) 2550-2151
Correo electrónico:
vie-tec@itcr.ac.cr
Apartado postal 159-7050,
Cartago, Costa Rica
E
l TEC se fue
a la calle
Marcela Guzmán O.
Editora
maguzman@itcr.ac.cr
Los investigadores del Instituto Tecnológico de
Costa Rica (TEC), sus estudiantes y funcionarios, dejaron el campus para irse a la Plaza
Mayor de Cartago a mostrar sus proyectos de
investigación y extensión al público cartaginés
y nacional.
Fue esta una ocasión propicia para rendir cuentas a los ciudadanos exhibiendo la producción
académica y cultural de esta institución de educación superior, pero también para llevar la ciencia de manera sencilla a cientos de niños, jóvenes y adultos mayores que acudieron al llamado
de la institución.
Proyectos en diversas áreas científicas y tecnológicas, talleres de popularización de la ciencia,
ajedrez y producciones culturales de alta calidad,
permitieron al TEC y a la ciudadanía darse la
mano y compartir sus actividades por un día.
Sobre este evento, que se efectuó en el mes de
marzo anterior, denominado VI Encuentro de
Investigación y Extensión, damos cuenta en este
número de Investiga.TEC.
Además, presentamos por primera vez, lo que
será una sección permanente. Se trata de la columna “Apuntes perplejos”, a cargo del doctor e
ingeniero en electrónica Alfonso Chacón, profesor e investigador de la Escuela de Ingeniería en
Electrónica del TEC, y quien ha sido galardonado con el Premio Nacional Aquileo Echeverría
de novela.
Se trata de un espacio alternativo de reflexión,
donde se aborde el problema de la generación
Diseño gráfico:
María José Montero V.
Xinia Varela S.
Diagramación e impresión:
Grafos S.A.
Teléfono 2551-8020
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2
Investiga TEC - MAYO 2014
del conocimiento y su aplicación desde una
perspectiva poco dogmática, abierta a la controversia y al diálogo franco.
Dice el autor: “No pretendemos aquí pontificar, ni sentar pautas o establecer decálogos sobre
el quehacer de la investigación, aunque alguna
vez caeremos en esa trampa inevitable. Solo
queremos explorar nuevas ideas, arrojar luz sobre algunos de los muchos rincones ocultos de
la ciencia y la tecnología y cuestionar aquellas
verdades que pensamos inamovibles, solo porque creemos que de la sana duda y el equilibrado
escepticismo es de donde nacen las nuevas ideas
y se mejoran las tenidas antes por perfectas. El
nombre de la columna está inspirado en la obra
magna de Maimónides y espero que el sabio
hebreo nos sabrá perdonar por el atrevimiento”.
En el mes de julio próximo, en Liberia, Costa
Rica, se llevará a cabo la III Conferencia Internacional y Congreso sobre Inteligencia Bioinspirada, organizada por el grupo de ingeniería de
alcance mundial, IEEE. Por ello, ofrecemos a
nuestros lectores un artículo sobre inteligencia
bioinspirada, constituida por “sistemas construidos con medios tecnológicos y electrónicos
para emular e implementar la forma de actuar
biológica para la resolución de problemas, el
procesado y tratamiento de la señal, incluso una
forma de pensar”.
También ofrecemos un artículo sobre el tema
muy en boga hoy día de la neuroeconomía, entendida como “el estudio del impacto de las decisiones económicas en la actividad del cerebro”.
Otros temas más que abordamos en este número, como el de sensores de fibra óptica para el
monitoreo de la salud estructural de puentes,
en pruebas no destructivas, y el de un sistema
experto para la detección temprana de fallas en
motores eléctricos, corresponden a proyectos de
investigación que se desarrollan en el TEC en
este momento, igual que los de neuroeconomía
e inteligencia bioinspirada.
Fotografía de portada
La fotografía de portada del presente número de Investiga.TEC, tomada por Ana Sofía Mata Garro, periodista de la Oficina de Comunicación y Mercadeo del
TEC, corresponde a una actividad efectuada en el VI
Encuentro de Investigación y Extensión, celebrado el 13 de marzo anterior en la Plaza Mayor
de Cartago. Se trata de un taller de burbujas de
jabón ofrecido a niños y niñas de primaria que
acudieron a la cita con el TEC.
En este se abordaron, en forma de juego, conceptos relacionados con la tensión superficial del agua
y cómo se ve alterada por el jabón; los colores, la
luz blanca y su descomposición con el prisma. Los
niños y la instructora, Natalia Murillo, profesora
de la Escuela de Física del TEC, cerraron el taller
jugando con las burbujas y viendo sus colores.
S
Proyecto de investigación
istema experto
permitirá detección
temprana de
fallas en motores
eléctricos mediante
monitoreo de
temperatura
•También identificará origen de falla y
brindará soluciones
Marcela Guzmán O.
maguzman@itcr.ac.cr
Un estudio elaborado por BUN-CA (Fundación Red de Energía) en el 2007, da cuenta
de que en ese momento en Costa Rica había
alrededor de 70 mil motores eléctricos operando en la industria.
Más tarde, un proyecto de investigación
desarrollado en el Instituto Tecnológico de
Costa Rica (TEC), y apoyado en las bases de
datos de los principales talleres de reparación
de motores de la Gran Área Metropolitana
(GAM), concluía que esos motores presentan, en promedio, cerca de tres mil fallas
anualmente.
Cada vez que un motor se daña su eficiencia
disminuye entre un 2 y un 5 por ciento y,
según estudios de la IEEE, aunque se repare
correctamente ya no funcionará igual en el
futuro.
Sistema experto
Esa realidad llevó a investigadores del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC) a
promover la creación de un sistema experto,
compuesto de hardware y software, que permita: a) la detección temprana de un problema en un motor eléctrico mediante el monitoreo de temperatura; b) la identificación
del origen de la falla; y c) la generación de
soluciones.
La creación de ese paquete tecnológico, denominado Sistema Experto para Motores Asistido por Temperatura (SEMAT), está a cargo
de cuatro investigadores del TEC: Osvaldo
Guerrero, quien coordina el proyecto (oguerrero@itcr.ac.cr), y Luis Diego Murillo, de
la Escuela de Ingeniería Electromecánica; y
Luis Ernesto Carrera y Geovanni Figueroa,
de la Escuela de Matemática. El proyecto se
desarrolla en el marco del programa de investigación eScience.
Los investigadores cuentan, además, con el
respaldo de 60 empresas, entre las cuales están
Gerber, Firestone, Holcim, Vicesa, Baxter,
Kimberly, Amanco, Dos Pinos e Industrias
Cárnicas. También Rename (Reparación
de Motores de Costa Rica) y Electromotores. Su apoyo ha consistido principalmente
en abrir sus puertas a los investigadores para
que puedan conocer las condiciones de operación de los motores y tener una perspectiva
de toda la problemática.
Fases del proyecto
Para lograr sus objetivos, los investigadores
han sometido a experimentación una serie de
motores en su estado normal, con el fin de
caracterizar su comportamiento térmico, ya
que en estado normal los distintos componentes de un motor deben estar a una temperatura específica. Los motores analizados
son de distintas potencias, voltajes, tipo de
carcasa y marca.
El ingeniero Osvaldo Guerrero hace una metáfora: el ser humano tiene una temperatura
corporal que se considera normal. Si la temperatura se sale de ese rango, sobrevienen la
fiebre o la hipotermia y eso indica que hay
un problema.
El ingeniero Luis Diego Murillo explica que
en la primera fase del proyecto se creó el
“banco de pruebas”, una serie de elementos
de hardware y software que interactúan para
someter el objeto de estudio –los motores- a
condiciones controladas de experimentación.
El banco permite determinar los parámetros
de prueba, como son la intensidad y duración de las variables físicas y la reacción de los
motores ante distintos estímulos, para luego
comparar y clasificar esos estímulos.
Inducción de fallas
La segunda fase del proyecto, que está por
comenzar, permitirá hacer la caracterización
térmica de los motores. Esto les facilitará a
los investigadores contar con un conjunto de
datos en bruto, que luego tendrán que analizar.
Una vez que tengan esos datos para todos los
motores en estudio, procederán a inducir las
faltas que producen las fallas para saber qué
ocurre técnicamente en cada uno de los componentes del motor: rodamientos, carcasa,
núcleo y bobina.
Una falta es una condición anormal de operación del motor, por ejemplo un voltaje inadecuado (mayor o menor que el nominal).
La temperatura interna de los devanados en
operación usual se da a 60º C; si por ejemplo
el voltaje disminuye en un 10 por ciento, la
temperatura puede aumentar 15º C.
Las fallas son el resultado de una o varias
faltas recurrentes que impidieron el correcto
funcionamiento del motor (motor quemado
o dañado) o de alguno de sus componentes.
MAYO 2014 -
Investiga TEC 3
Proyecto de investigación
Así, los motores se someterán a experimentación normal, primero, y luego con las faltas inducidas, para observar las variaciones.
Según explicaron los ingenieros Guerrero y
Murillo, las faltas también pueden producirse por la temperatura del cuarto donde están
los motores, por desbalances de voltajes, engrase inadecuado y otros. Estas situaciones se
inducirán a fin de hacer comparaciones, incluyendo la provocación de faltas de tal magnitud que lleguen a quemar el motor (falla) y
producir
un fallo definitivo.
-PROFESORES
TECClasificación de problemas
Con toda la información recopilada a partir de las faltas provocadas, los investigadores, usando redes neuronales del software
Mathlab, podrán clasificar los problemas
según el rango de temperatura en que se producen, que podría oscilar desde 10º C hasta 50º C más que la temperatura normal de
operación.
El hardware permitirá monitorear las variables y el software determinará el origen de
la falta. Por eso, se requiere de un sistema
de clasificación muy fino, lo que se conoce
como un sistema experto. De ahí la participación de matemáticos en el proyecto.
El matemático Geovanni Figueroa explicó
que los datos recopilados en la primera fase
les permitirán determinar unos parámetros
ligados a una ecuación diferencial, para modelar el funcionamiento del motor.
Agregó que con ese fin se utilizan adaptaciones de técnicas de optimización, como
algoritmos genéticos y enjambre de abejas.
Eso es, precisamente, lo que les permitirá la
experimentación y, finalmente, hacer aportes
al proyecto.
Soluciones
Con la información clasificada, será más fácil buscar la solución a la falla, por ejemplo,
cambiar el tipo de lubricante utilizado, reponer determinado rodamiento, aumentar la
ventilación del motor, etc.
Como resultado de este proyecto, el técnico
podrá hacer mediciones con una pistola láser en puntos específicos externos del motor
y de acuerdo con un protocolo, para posteriormente ingresar los datos a la computadora que cuenta con el software del sistema
experto.
Se espera a futuro tener un dispositivo con
sensores alámbricos o inalámbricos que se conectan al motor, cuyos datos serán enviados a
la computadora (de escritorio o portátil); esta
podrá detectar las faltas y su origen y brindar
las soluciones requeridas mucho antes de que
se produzca la falla y la salida de funcionamiento del motor. Se evitará así afectar la
producción.
Diseño conceptual del proyecto. Ilustración del ingeniero Luis Diego Murillo.
4
Investiga TEC - MAYO 2014
El dispositivo podrá ser utilizado por cualquier persona con conocimientos básicos de
motores, ya que el sistema experto despliega
una lista de recomendaciones que deben ejecutarse para corregir el problema detectado.
Actualmente existe un equipo comercial de
este tipo, pero no es un sistema experto: su
costo es cercano a los $30 00,00 y detecta las
faltas, pero no determina sus causas ni ofrece
las soluciones. Para ello se requiere de un ingeniero o técnico experto en la disciplina que
interprete la información y el costo por hora
profesional es también considerable.
Uno de los objetivos del proyecto SEMAT es
que el nuevo software esté disponible en un
servidor del TEC, para que las empresas lo
puedan utilizar de manera remota mediante una clave de acceso. Inicialmente se dará
prioridad a las compañías que han participado en el proyecto.
Impacto de la investigación
La costumbre general en Costa Rica, en
cuanto a mantenimiento de motores eléctricos, es sustituir o reparar el motor para evitar
que se detenga la producción. Pero se deja
de lado analizar cuál fue el origen de la falla.
En algunas ocasiones se utilizan equipos que
se fijan al motor para hacer el monitoreo de
la falta; esto lleva a la empresa a depender del
experto que hace el análisis, quien no siempre
está disponible. Por lo general, se programan
planes de inspección cada tres o seis meses,
que resultan costosos.
Con la creación de este paquete tecnológico,
los investigadores del TEC buscan que la detección de fallas se haga rápidamente y a un
costo menor de lo que es actualmente. Por
otra parte, al poder prevenir las fallas, porque
se conoce su origen, no será necesario detener
la producción y esto aumentará la competitividad de la empresa.
(*) Marcela Guzmán Ovares es comunicadora
de la Vicerrectoría de Investigación y Extensión
del Instituto Tecnológico de Costa Rica. Es la
editora de la revista Investiga.TEC. Tiene títulos de bachillerato y licenciatura en ciencias de la
comunicación colectiva, así como una maestría
académica en comunicación, todos de la Universidad de Costa Rica. Se ha especializado en la
comunicación pública de la ciencia y es miembro de la Red de Comunicación de la Ciencia,
la Tecnología y la Innovación (RedCyTec) de
Costa Rica.
I
nteligencia
bioinspirada
Carlos Travieso (*)
La inteligencia bioinspirada desarrolla sistemas con medios tecnológicos y electrónicos
para emular e implementar la forma de pensar y de actuar de los sistemas biológicos. El
propósito de estos sistemas es resolver problemas de la biología mediante el procesamiento y tratamiento de señales. Para el diseño
de estos sistemas se utiliza la computación
numérico-simbólica y métodos como las redes neuronales artificiales, la lógica difusa y la
computación evolutiva, entre otros.
Es difícil indicar la fecha exacta de la aparición del concepto, pero surge con fuerza desde principios del siglo XXI, aglutinando los
sistemas inspirados en sistemas biológicos ya
existentes desde mediados y finales del siglo
XX. En los congresos y conferencias recientes
es donde este nombre ha empezado a cobrar
fuerza.
El ejemplo más claro es la implementación
de las redes neuronales artificiales (RNA).
Las RNA son sistemas de procesado de información basado en métodos matemáticos y
humanos. Están formadas por nodos de procesamiento (neuronas), conectadas entre sí
(pesos) y que dependiendo de su tipo, necesitan un patrón para realizar un aprendizaje.
Fueron creadas después de observar que el cerebro procesa información de un modo muy
diferente a como lo hacen los computadores
digitales. Además, se calcula que el cerebro
contiene una eficiencia energética (medida
en julios por operación por segundo) 1010
veces superior a los computadores más potentes existentes actualmente.
El objetivo de las redes neuronales artificiales es construir sistemas que sean capaces de
aprender, generalizar y resolver problemas a
los que hoy en día no pueden dar solución los
computadores convencionales.
En general, a los sistemas con inteligencia
bioinspirada se les valora que sus caracterís-
Guía de los perplejos
Humildades epistémicas I
Alfonso Chacón Rodríguez
Una de las labores más ingratas a las que
se enfrenta quien investiga es hacer el informe final (sobre todo cuando el plazo ha
vencido y nos atormentan los recordatorios diligentes, sellados y firmados, sobre
nuestra tardanza). He pensado mucho al
respecto en estos días, no solo luchando
con el texto que se niega a avanzar tanto
como quisiera, sino con la frustración inherente de descubrir que tantos objetivos
planteados en la ambiciosa propuesta fueran a dar tan lejos del blanco.
Aunque podría ensayar explicaciones sobre
tan pobres resultados (nunca falta a quien
culpar: la burocracia, los malos asistentes,
la falta de recursos) o refugiarme en la autoflagelación, y confesarme desordenado y
víctima de mi tendencia a dejar todo para
el final, he de pronto encontrado salvación
para mi ego dolorido en dos autores que,
de una manera bastante convincente, me
aplacaron las culpas y me permiten ahora
aferrarme a esa trillada verdad refranera de
que el mal de muchos es consuelo para algunos tontos, como este servidor.
Y como pienso que es injusto guardarse
un remedio que quizás pueda servirle a
otros tantos que, no dudo, habrán pasado por estas aguas turbias de justificar un
proyecto fallido, decidí revelar esta nueva
pomada, empezando por la verdad más
amarga: los humanos somos pésimos planificadores.
Hablaré entonces primero de uno de los
autores, el Dr. Nassim Taleb, operador de
bolsa, especialista en probabilidad y estadística y antiguo profesor universitario.
Cuenta Taleb en su más reciente libro, Antifragilidad: cosas que ganan con el desorden,
que cuando Yogi Berra (otros dicen que
se trató más bien de Niels Bohr), aseveró
que predecir es muy difícil, especialmente el futuro, no hacía más que revelar una
verdad que la estadística comprueba: la
mayoría de los proyectos nunca terminan
en el plazo esperado y muchos terminan
gastándose entre el doble y diez veces lo
originalmente proyectado.
Taleb acusa de lo anterior a la modernidad, al crecimiento exponencial de las
consultorías y los expertos, a la burocracia y las comunicaciones digitales, y sobre
todo a nuestra creciente arrogancia epistémica y la apuesta ciega al modelo lineal
baconiano de creación del conocimiento
(en castellano castizo: creerse que sabemos
más que los demás, que la ciencia engendra la tecnología, que es posible predecir
con exactitud y que somos capaces de explicarle a los pájaros cómo deben volar).
La planificación estratégica a largo plazo,
de hecho, nos dice Taleb, es lo que vuelve tan complicado y propenso al fracaso
a cualquier proceso humano actual, porque quien planifica, sin importar cuántos
cursos de manejo de riesgo haya llevado,
siempre minimizará estos –inconscientemente, es inevitable– y nunca podrá prever los verdaderos imprevistos en su camino. Taleb no es precisamente una persona
políticamente correcta: dice lo que piensa
sin rodeos (y generalmente, los hechos le
dan la razón, como cuando explicó en su
famoso Cisne negro que algo andaba mal
en Wall Street, un año antes del crash inmobiliario).
Pero lo peor, sentencia Taleb, es que estos
mismos expertos y planificadores nunca pagan el precio por sus consejos; por
ejemplo, por entrar en un tema espinoso
como el de la economía: ¿quién revisa las
predicciones económicas de un año atrás?
¿Alguien le lleva la cuenta a la infinidad de
veces que los expertos del FMI, del Banco Mundial, de Wall Street, han acertado
con un pronóstico? O lo que resulta más
importante: ¿si alguien dice que un instrumento financiero es calidad AAA, y luego
resulta que se convierte en un bono basura, no debería ser responsable del dinero
MAYO 2014 -
Investiga TEC 5
que pierda quien haya invertido en aquel?
Taleb es filoso con sus afirmaciones: para
él, muchos expertos y planificadores profesionales generalmente no saben realmente
mucho del tema sobre el que ofrecen consejo o toman decisiones, pero venden muy
bien su aparente certeza mientras que otro
paga la fiesta (Dick Cheney estimó que la
guerra contra Irak costaría máximo unos
100 mil millones de dólares por una campaña de dos años a lo sumo; terminó costando entre tres y cuatro billones de dólares por más de siete años de guerra con sus
consecuencias posteriores, y obviamente
ni Cheney ni Bush tuvieron que pagar un
cinco por su error de cálculo).
Pero si volvemos a lo nuestro, a la academia, leer a Taleb es sacar del baúl preguntas inquietantes: ¿Podemos realmente
planificar la investigación? ¿Es investigar
una cuestión de manual, instructivos, formularios y herramientas estadísticas para
producir gráficos bonitos? ¿Qué objeto
tiene plantearse como meta el descubrir
algo específico, en un tiempo dado?
Taleb dice que la investigación burocrática está condenada al fracaso y ofrece una
alternativa, la que usaron Edison y muchos otros: la de la investigación como
un proceso azaroso de prueba y error, de
descubrimientos accidentales, donde el
verdadero talento del investigador reside
en darse cuenta si el error es útil o no. La
investigación debe hacerse entonces con
ticas se parezcan a las de los seres vivos, tales
como la computación asíncrona masivamente paralela, comportamientos tolerantes a fallos y funcionamiento en tiempo real incluso
en entornos complejos y cambiantes.
Los ámbitos de aplicación de estas técnicas
son muy amplios y en la actualidad son aplicados a diversos campos como la medicina,
la seguridad, el sector automovilístico, etc.,
siendo un punto clave en el sector innovador de la industria y, por tanto, provoca un
importante aspecto socioeconómico en las
sociedades de nuestro mundo actual.
Debido a esta importancia, y a que muchos
detalles de la inteligencia bioinspirada no son
bien tratados por los modelos convencionales
6
Investiga TEC - MAYO 2014
objetivos flexibles, en tramos cortos, sin
cerrarse vías y siempre con la disposición a
rectificar la dirección. Los descubrimientos revolucionarios, dice Taleb, han llegado por inspiración, por la vía negativa
de hallar lo que no funciona y el trabajo
necesario para darse cuenta cuándo, tras
tantos topetazos de nariz, nos encontramos con la botija al final del arcoiris: así
fue con la Viagra, la fotografía a color, la
radiactividad y hasta las rueditas en las
valijas (¿cómo puede ser, se pregunta Taleb, que tuvieran que pasar miles de años
desde la invención de la rueda, para que a
alguien se le ocurriera ponerle rodines al
equipaje?).
Es que las cosas solo parecen obvias y ordenadas una vez que han sido hechas. Y
aunque suene a anatema, lo cierto es que
generalmente la tecnología antecede a la
ciencia (Taleb ofrece un argumento convincente y documentado al respecto), y el
conocimiento revolucionario no tiende a
obtenerse por medios planificados.
En fin. Más combustible para reflexionar
para quienes transitamos esto de la investigación... pero me devuelvo a lo que
compete: que tengo que continuar con mi
informe. Quedará para una próxima ocasión el segundo autor (y hablando de falta
de planificación, aquí estoy de nuevo, ya
pasado del número de caracteres que tenía
dispuesto para esta columna: hay gente
que nunca aprende).
que se utilizan en la actualidad en el campo
de la inteligencia artificial, se está trabajando
en generar una conferencia de trabajo con
el propósito de presentar y discutir nuevas
ideas, el trabajo y los resultados relacionados con las técnicas alternativas de enfoques
bioinspiradas, que se apartan de los procedimientos ordinarios.
Hoy en día, los estudios basados en sistemas
complejo se abren nuevas puertas en el campo de la investigación y, en particular, para
mejorar la calidad y los resultados de diversas aplicaciones. La inteligencia bioinspirada
hace fácil esta tarea en áreas como la conservación de la biodiversidad, la biomedicina,
las aplicaciones de seguridad, etc.
Conferencia y taller
En 2014, se llevará a cabo la tercera edición
de IWOBI (International Conference and
Workshop on Bioinspired Intelligent) en Liberia, Costa Rica, organizado por la Universidad Nacional (UNA) de Costa Rica. En el
año 2012, se realizó en San José de Costa
Rica (en la Universidad de Costa Rica) y en
el 2011 en Colombia, organizado por la Universidad de Antioquia (Medellín).
Esto representa un hito importante para
mostrar las líneas de trabajo existentes en
Costa Rica, además de poder compartir con
investigadores de índole mundial los últimos
avances científicos que han aconteciendo.
La UNA, el Instituto Tecnológico de Costa Rica, la Universidad de Costa Rica y la
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
(España), son los organizadores de tal evento
que tiene previsto acercar a investigadores de
más de 20 países hasta la sede de la UNA en
Liberia para la realización del IWOBI 2014.
Las principales potencias económicas son
las que más invierten en investigación y, por
tanto, donde más a la vanguardia van con
respecto a este tipo de sistemas; es cierto que,
cada vez, otros países van avanzando más en
esta línea, como el caso de Costa Rica, donde gracias al IWOBI 2014, los investigadores
y profesionales del país estarán en contacto
con las últimas tendencias mundiales en este
tema.
(*) El Dr. Carlos Travieso es profesor e investigador de la Universidad de Las Palmas de Gran
Canaria. Forma parte, junto con investigadores del Instituto Tecnológico de Costa Rica, la
Universidad de Costa Rica y la Universidad
Nacional, del proyecto de investigación Sistema
automático de clasificación de abejas sin aguijón
(Apidae: Meliponini) basado en el contorno y
vejación de sus alas.
U
na ruta para
el desarrollo
sostenible:
el Plan GAM
2013-2030
Tomás Martínez Baldares *
tomarbal@gmail.com
Sonia Vargas Calderón **
svargas@itcr.ac.cr
Antecedentes
El Plan de Desarrollo Urbano para la Gran
Área Metropolitana (GAM) quedó instaurado mediante Decreto Ejecutivo N°12590
y acogido por Decreto Ejecutivo N° 13583
VAH–OFIPLAN, publicado en La Gaceta el
18 de mayo 1982. Fue modificado en 1997
para incorporar regulaciones complementarias mediante Decreto Ejecutivo No. 25902.
El plan fue desarrollado por el Instituto Nacional de Vivienda y Urbanismo (INVU),
según lo establecido en los artículos 2, 4 y 63
y el transitorio 2 de la Ley de Planificación
Urbana 4240 de 1968. Sin embargo, a la
fecha han transcurrido 32 años, lo que hace
necesaria la actualización de esta herramienta
de planificación regional.
El Plan GAM 2013-2030 es la actualización
del Plan Regional Urbano de la Gran Área Metropolitana (GAM); incluye todo lo no cubierto por esta actualización y lo que no se oponga a ese plan seguirá regido por la normativa
nacional y lo establecido en el Plan Regional
de Desarrollo Urbano de 1982, siempre que
sean concordantes con la viabilidad ambiental
aprobada para el Plan GAM en el 2009.
Actualización
El Plan de la Gran Área Metropolitana, denominado Plan GAM 2013-2030, fue elaborado por la Secretaría del Consejo Nacional
de Planificación Urbana (Decreto 31062).
Tiene por objetivo: mejorar el nivel y calidad
de vida de la población; facilitar la movilidad;
promover la protección del ambiente; impulsar un modelo energéticamente más eficiente;
y lograr la sostenibilidad en el desarrollo de
la región de la GAM, donde se concentra un
50,3 % de la población del país, según datos
del censo del año 2011.
La propuesta se ha construido sobre la base
de un análisis objetivo de los estudios previos
(PRUGAM y POTGAM), cartografía actualizada y otros documentos recientes, más el
trabajo estrecho con instituciones de gobierno, municipios, organizaciones no gubernamentales (ONG), sector privado, academia
y la sociedad civil, para hacerla concordante
con las necesidades del país y con los planes
sectoriales avanzados a la fecha.
El área geográfica de intervención del Plan
GAM 2013 incluye a la Gran Área Metropolitana del Valle Central y al Valle de El Guarco
de Costa Rica, que incluyen 31 cantones, algunos de ellos parcialmente, con un área que
corresponde al 3,84% del territorio nacional.
Se trata de 31 municipios desde Paraíso de
Cartago al este, hasta Atenas de Alajuela, al
oeste. Comprende parcialmente cuatro provincias (Alajuela, Heredia, San José y Cartago) y 152 distritos. Esta área geográfica está
conformada de la siguiente manera:
Cuatro áreas metropolitanas que abarcan San
José, Heredia, Cartago y Alajuela, y 31 municipios.
Área de San José (13): San José, Escazú, Desamparados, Aserrí, Mora, Goicoechea, Santa
Ana, Alajuelita, Vásquez de Coronado, Tibás,
Moravia, Montes de Oca y Curridabat.
Área de Heredia: (9): Heredia, Barva, Santo
Domingo, Santa Bárbara, San Rafael, San Isidro, Belén, Flores y San Pablo.
Área de Cartago (6): Cartago, Paraíso, La
Unión, Alvarado, Oreamuno y El Guarco.
Área de Alajuela (3): Alajuela, Atenas y Poás.
Gestión
El Plan GAM 2013 pone especial énfasis
en asegurar la adecuada gestión del plan, en
particular por medio de recursos metodológicos prácticos y amigables (40 fichas de implementación), la claridad de los procesos a
seguir, los actores involucrados e indicadores
de seguimiento. Contiene un capítulo completo de gestión, y su lenguaje y presentación
son más accesibles, fáciles y directos. En este
sentido el resultado no es un documento téc-
nicamente complejo de grandes dimensiones,
sino un documento de trabajo enfocado a la
gestión con gráficas y esquemas que indican
las acciones para consolidar la propuesta.
El Plan GAM 2013 actualizó la información
existente con datos del Censo 2011 y se articuló con las políticas y los planes nacionales aprobados en los últimos años: Política
Nacional de Ordenamiento Territorial, Plan
Nacional de Transporte, Plan de Acción de
Estrategia Nacional de Cambio Climático y
Política Nacional de Vivienda.
Establece un esquema de gestión horizontal
entre gestores locales (municipios) y gestores
regionales y nacionales por medio de una instancia de gobernanza denominada Estructura
de Gobernanza para el Desarrollo de la GAM
(EDEGAM); las decisiones se articulan con
el sector privado y con las asociaciones de desarrollo (federaciones y uniones cantonales).
Esto implica un cambio sustancial hacia un
modelo descentralizado y más participativo.
La propuesta del Plan GAM 2013 es más
estratégica que normativa y se enfoca estrictamente en el ámbito regional, empoderando
en mayor grado a los municipios.
En este sentido, el Plan GAM 2013 no considera proyectos puntuales ni específicos, ni
propuestas o trazados viales de alcance local;
tampoco define indicadores de edificabilidad
sino rangos aconsejables y zonas aptas para altura, densidad y crecimiento, entre otros.
La cartografía se actualizó totalmente y se definió un procedimiento nuevo de compatibilidad del anillo de contención urbana con las
macrozonas de viabilidad ambiental, mediante un procedimiento SIG objetivo, neutral,
repetible y sistemático.
Objetivos
Esta propuesta está estructurada a partir de
los siguientes objetivos
• Menor y más eficiente consumo del suelo
(menor huella ecológica)
• Desarrollo económico (competitividad) y
autonomía de núcleos urbanos
MAYO 2014 -
Investiga TEC 7
• Reducción de viajes motorizados y fortalecimiento del transporte público
• Ciudades densas y compactas (regeneración urbana)
• Reequilibrio de entorno natural, agroproductivo y urbanizado
• Promoción de la construcción sostenible
• Valoración del paisaje (turismo)
• Prevención de riesgos
El plan busca orientar un desarrollo urbano
con un uso más intensivo del suelo y articulado a una estructura ecológica regional. Dará
un mayor impulso al desarrollo de los planes
reguladores al contar con un parámetro regional; dará seguridad a la inversión nacional y
extranjera al definir un modelo actualizado
de desarrollo en la GAM; fortalecerá la competitividad y orientará las acciones de las instituciones para mejorar las infraestructuras y
condiciones de vida.
De igual forma, facilitará acciones nacionales
como la planificación del eje interoceánico
central al vincular la planificación de las regiones Pacífico Central y Huetar Atlántico
con la GAM.
Documentos
El Plan GAM 2013 consta de los siguientes
documentos:
Dimensiones: este apartado contiene ocho
documentos que conforman el cuerpo principal del documento técnico del Plan GAM2013. Están divididos por áreas temáticas y
tiene por objeto definir las acciones y orientaciones específicas para cada una de ella. En
conjunto, la componen: capítulos introductorios; temario general; contextualización y la
estructura de uso; la dimensión urbano regional; la dimensión de vivienda y equipamiento
social; la dimensión ambiental; la dimensión
de infraestructura y redes; la dimensión de
movilidad; la dimensión de competitividad;
el capítulo de zonas de control especial; y, finalmente, el capítulo de gestión.
Guía operativa-fichas: este apartado comprende un documento que extrae todas las
acciones y procesos que convierten los conceptos de planificación en ejecución en el territorio. El objetivo es orientar a los usuarios
directos de la herramienta Plan GAM-2013 a
través de fichas correspondientes a cada una
de las dimensiones del documento. Cada
ficha contiene: responsables, marco legal,
8
Investiga TEC - MAYO 2014
Participación del TEC
El Instituto Tecnológico de Costa
Rica (TEC), a solicitud de la Primera
Vicepresidencia de la República y del
Ministerio de Vivienda y Asentamientos Humanos, aceptó formar parte del
equipo del proyecto Plan GAM 20132030, considerado un reto importante
por el gran impacto que va a significar
en el mejoramiento de la calidad de
vida de los habitantes de la GAM, en
los próximos 20 años.
Para ello, el TEC conformó un equipo técnico interdisciplinario que ha
involucrado profesionales altamente
calificados y estudiantes avanzados
provenientes de distintas Escuelas: Ingeniería Forestal, en el área de Sistemas
de Información Geográfica y Recursos
Naturales; Ingeniería en Construcción
y Centro de Investigaciones en Vivienda y Construcción, con experiencia en
vivienda, infraestructura vial, gestión
territorial y construcción sostenible;
Escuela de Arquitectura y Urbanismo,
que imparte la carrera de arquitectura
con mayor énfasis en urbanismo del
país; y el TECDigital, para asuntos de
diseño e imagen.
cartografía, proceso de acción, actores vinculados con los cuales coordinar, resultados e
indicadores de medición.
Reglamento: se trata de un documento corto
que reúne los aspectos esenciales de carácter
vinculante y que corresponden a la escala regional. Convierte en determinaciones normativas los criterios y conceptos de planificación.
Cartografía: El atlas cartográfico reúne 85
mapas correspondientes a las dimensiones del
Plan GAM-2013. La cartografía está integrada al desarrollo de las dimensiones, es actualizada y actualizable, sistematizada, respaldada con procesos técnicos objetivos, con una
estructura de metadatos que permite trabajar
con ella sin inconvenientes reconociendo con
claridad sus fuentes. Ha utilizado insumos
como los datos censales del INEC-2011 e Indicadores de Gestión Municipal.
Resumen ejecutivo: contiene una presentación gráfica de 100 láminas que reúne en
forma resumida los conceptos de todas las di-
mensiones y permite acceder a la cartografía
esencial y a los criterios básicos de forma integrada. Otorga una visión rápida del conjunto
de la propuesta.
¿Qué sigue?
Como complemento a los documentos finales, el convenio prevé una fase de implementación del Plan, que incluye tres ejes:
capacitación, difusión e implementación del
esquema de gestión (definida como Entidad
de Gestión de la GAM, EDEGAM).
El primer eje se inició en marzo del 2014 y
ya se ofrecieron tres cursos de capacitación
dirigidos a los técnicos municipales y del Gobierno Central. A la fecha se han cubierto 40
funcionarios y 10 municipios.
El eje de difusión ha permitido desarrollar una
página web que incluye toda la información
y que permite a la ciudadanía disponer de la
información completa relativa al Plan GAM.
Posteriormente se establecerá un “geoportal”,
que permitirá la interactividad con la cartografía del Plan. Se espera que entre en operación en estos primeros días de mayo del 2014.
Y el tercer eje plantea un esquema para desarrollar los avances de EDEGAM en el marco
de las convocatorias del Consejo Nacional de
Planificación Urbana, pero ampliado al sector
privado y municipios, con el fin de facilitar
las primeras acciones de ejecución conjunta.
Una vez publicado el decreto de oficialización, las instituciones del Gobierno Central
deberán adaptar su planificación sectorial a
este modelo urbano territorial, incorporándolo en sus planes operativos anuales. De igual
forma, los municipios deberán desarrollar sus
planes reguladores o actualizarlos en función
de las directrices del plan.
*Tomás Martínez Baldares es profesor de la Escuela de Arquitectura y Urbanismo del Instituto
Tecnológico de Costa Rica (TEC). Es arquitecto urbanista y ocupa el cargo de Secretario
Ejecutivo de la Secretaría del Plan Nacional de
Desarrollo Urbano y Coordinador General Plan
GAM 2013 Tel. (506) 2257-0470, ext. 224; Secretaría: (506) 2257-0470, ext. 104.
**Sonia Vargas Calderón es ingeniera, profesora de la Escuela de Ingeniería en Construcción
e investigadora del Centro de Investigaciones
en Vivienda y Construcción (CIVCO), ambos
del TEC. Es parte del equipo técnico del Plan
GAM 2013. Tel. (506) 2550-2424; Secretaría:
(506) 2550-2309.
P
Proyecto de investigación
royecto eBridge
2.0 utiliza
sensores de fibra
óptica FBG para
monitoreo de la
salud estructural
de puentes
Francisco Navarro Henríquez (*)
fnavarro@itcr.ac.c
1. Introducción
El proyecto de investigación que se desarrolla en el Instituto Tecnológico de Costa Rica
(TEC), denominado “eBridge 2.0: sistema integrado para el desempeño de puentes”, evalúa
un sistema de instrumentación con sensores
de fibra óptica FBG (Fiber Bragg Grating) que
viene consolidándose en el monitoreo de la
salud estructural de puentes, en pruebas no
destructivas (NDT) estáticas y dinámicas con
mediciones de deformación, desplazamiento,
deflexión, temperatura y vibraciones.
Históricamente la fibra óptica ha sido utilizada en sistemas de comunicaciones que utilizan ondas luminosas para la transmisión y
recepción de información. Pero desde el inicio de la década de los noventas se ha venido
extendiendo la investigación en el campo de
la optoelectrónica y, con esta, el desarrollo de
productos en la industria de fibra óptica, especialmente la tecnología de sensores de fibra
óptica. [1]
La tecnología de sensores de fibra óptica usa
la fibra óptica ya sea como elemento sensor
o como medio de transmisión de señales de
un sensor remoto hacia un dispositivo electrónico que procesa las señales. Aunado al
desarrollo de productos de alta calidad y confiables, ha ocurrido una rápida aceptación, e
incluso el reemplazo en algunos casos, de los
tradicionales sensores eléctricos, en una variedad de aplicaciones de detección, tales como:
mediciones de deformación, esfuerzo (strain),
temperatura, vibraciones, desplazamiento y
deflexión, entre otras.
Particularmente en el área de aplicación de
SHM, los sensores de fibra óptica han demostrado un gran potencial debido a que poseen
una serie de ventajas únicas cuando se comparan con su contraparte tradicional.
La detección óptica usa luz en lugar de electricidad y fibra óptica estándar en lugar de cable
de cobre. Las fibras ópticas, al no ser conductores de electricidad, son inmunes al ruido
inducido por interferencia electromagnética
(EMI) y a altos voltajes, así como resistentes a
la corrosión metálica.
Además, son capaces de transmitir datos a
largas distancias (hasta 10 km) con poca pérdida en la integridad de la señal. Igualmente,
es posible interconectar múltiples sensores
de fibra óptica con una sola fibra para reducir significativamente el tamaño, el peso y la
complejidad de los sistemas de medición, y
reducir potencialmente a largo plazo el costo
de mantenimiento. [2]
Los sensores de fibra óptica son una alternativa muy apropiada para aplicaciones que se
distribuyen o que abarcan una amplia zona
geográfica. Decenas de sensores, incluyendo
deformación, esfuerzo, aceleración y temperatura, pueden conectarse en cadena a lo largo
de una sola fibra óptica. Los sensores ópticos
son fiables para la instalación a largo plazo y,
como resultado, se reduce el mantenimiento
y la instalación de cableado requerido. Luego,
la tecnología de sensores de fibra óptica permite realizar mediciones que antes eran imprácticas o, en algunos casos, imposibles con
sensores convencionales.
2. Tecnologías de sensores de fibra óptica
En la actualidad existe una variedad de tecnologías de sensores ópticos, entre los cuales se
pueden mencionar los interferómetros FabryPerot, Fiber Bragg Gratings (FBG), sensores
distribuidos sobre la base de Rayleigh, Raman
y técnicas de dispersión óptica de Brillouin.
Dependiendo de la modulación de la luz y del
efecto que se utiliza para medir los fenómenos
físicos, estas tecnologías de detección óptica se
pueden clasificar de la siguiente manera: [3]
• Intensidad
• Interferómetro
• Resonancia (Fabry-Perot)
• Distribución
• Polarimétrico
• Interferencia espectral (Fiber Bragg Grating)
Uno de los tipos de sensores ópticos más
versátiles y ampliamente utilizados se denomina de rejilla de fibra Bragg (FBG, por sus
siglas en inglés), el cual refleja una longitud
de onda de luz específica que se transmite
en respuesta a variaciones de temperatura o
esfuerzo (strain).
Desde su descubrimiento en 1978 por Ken
Hill [4] y su posterior desarrollo por varios
centros de investigación, las rejillas dentro del
núcleo de la fibra se han utilizado ampliamente en la industria de las telecomunicaciones.
3. Fundamentos de sensores de fibra óptica FBG
El espectro de frecuencias luminosas se puede
dividir en tres bandas generales: infrarrojo,
visible y ultravioleta [5]. Cuando se manejan
ondas electromagnéticas de mayor frecuencia, como las luminosas, se acostumbra a usar
unidades de longitud de onda y no de frecuencia, puesto que el orden de las unidades de las
frecuencias de las ondas luminosas va desde
decenas de era-hercios (THz, 1x1012) para
luz infrarroja, hasta decenas de peta-hercios
(PHz, 1x1015) para la luz ultravioleta, prefijos
no comúnmente empleados para la unidad
de frecuencia. La longitud de onda se suele expresar en nanómetros (1 nm equivale a
1x10–9 metros).
Una fibra óptica está compuesta por tres
componentes principales: el núcleo, el revestimiento y la capa protectora. El revestimiento refleja la onda de luz de regreso al
núcleo, asegurando la transmisión de la luz
en el núcleo. Esta acción es posible debido a
un índice refractivo más alto en el núcleo en
relación con el revestimiento, lo que provoca una total reflexión interna de luz. La capa
protectora sirve para proteger la fibra de condiciones externas y de daños físicos. [6]
Un sensor de fibra óptica funciona al modular una o más propiedades de una onda de
propagación de luz -incluyendo intensidad,
fase, polarización y frecuencia- en respuesta a
la variable física que se mide.
Los sensores de fibra óptica FBG son manufacturados aprovechando la tecnología actual
en la industria de la fibra óptica para grado
de telecomunicaciones, por medio de técnicas de exposición [7].
Dos configuraciones típicas consisten en exponer una pequeña porción de la fibra óptica
a dos rayos de luz ultravioleta (UV) que interfieren un haz de luz UV enfocado a través
de una máscara de fase. Esto crea en el núcleo
de la fibra óptica una pequeña modulación
periódica del índice de refracción. Esta alternación del índice refractivo de la fibra es perMAYO 2014 -
Investiga TEC 9
Proyecto de investigación
manente dada la intensidad de luz a la que es
expuesto. La variación periódica que resulta
en el índice refractivo se llama un fiber Bragg
grating.
Debido a que la longitud de onda Bragg (λB)
es una función de la separación entre las rejillas, los sensores de fibra óptica FBG pueden
ser fabricados con varias longitudes de onda
Bragg, lo cual permite a diferentes sensores
FBG reflejar longitudes de onda de luz específicas.
La figura 1 muestra en forma esquemática las
características de transmisión y reflexión en
los sensores de fibra óptica FBG.
Un sistema de sensores de fibra óptica FBG se
compone al menos de: [8]
• Fuente y detector de luz.
• Elementos sensores de fibra óptica FBG.
• Fibra óptica y accesorios para la interconexión de la fibra.
La fuente y el detector de luz del sistema se
incorporan en un equipo denominado interrogador óptico. Los métodos de interrogación óptica pueden categorizarse como:
multiplexación por división de longitud de
onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing) y multiplexación por división de tiempo
(TDM, Time Division Multiplexing).
La figura 2 muestra un diagrama genérico
de la arquitectura interna de un interrogador
óptico de láser de barrido rápido (swept wavelength laser) que usa el método de interrogación WDM para un sistema de sensores de
fibra óptica FBG.
Los interrogadores típicos proporcionan un
rango de medición estándar de 80 nm, por
lo que cada serie de sensores FBG puede incorporar hasta 20 sensores por canal del interrogador, siempre y cuando las longitudes de
onda reflejadas no se traslapen en el espectro
óptico. Para asegurar una adecuada operación,
se acostumbra a dejar un rango aproximado
de 4nm para el desplazamiento de la longitud
de onda de los sensores de fibra óptica FBG.
4. Características de sensores de fibra óptica FBG para SHM
Los sistemas ópticos con sensores de fibra
FBG han demostrado ser efectivos en el monitoreo de la salud estructural de obras civiles
en diferentes áreas de aplicación, tales como:
industria de petróleo y gas, generación eléctrica, transporte, aeroespacial e infraestructura
civil. [9]
10 Investiga TEC
- MAYO 2014
Figura 1. Operación de un sensor de fibra óptica FBG.
Figura 2. Diagrama interrogador láser de barrido rápido para sensores FBG.
Particularmente en la infraestructura de
puentes, el monitoreo de la salud estructural
basado en una plataforma de sensores FBG
ha permitido implementar estrategias para la
identificación de daños en varios niveles (detección, localización, tipificación, severidad),
alertando por anticipado sobre posibles condiciones de riesgo de un puente. Además, si se
cuenta con una base de datos y un sistema de
monitoreo a largo plazo, es factible evaluar la
magnitud de los daños y estimar la vida útil
restante de una estructura. [10]
Entre las principales mediciones que se requiere realizar en pruebas no destructivas para
valorar el estado o desempeño de un puente,
se encuentran: deformaciones, desplazamiento, deflexión y vibraciones. Estas mediciones,
estáticas o dinámicas, pueden relacionarse directamente con los siguientes tipos de sensores de fibra óptica FBG:
• Esfuerzo (strain)
• Temperatura
• Acelerómetros
A continuación se expone cada uno de los tipos de sensores FBG mencionados, tomando
como referencia el catálogo de productos de
la empresa Micron Optics disponible en [11].
4.1 Medidor de esfuerzo (strain) FBG
La figura 3 muestra un sensor de esfuerzo
(strain) de fibra óptica FBG con compensación de temperatura para medir deformación.
Su tamaño aproximado es de 14cm de largo
por 2,5 cm de ancho.
El límite de medición es de ±2500µε, con
una sensibilidad ≈1.2pm/µε. La vida útil por
fatiga es de 100x106 ciclos a ±2000µε, con
un rango operativo de temperatura de –40 a
80°C.
En cuanto a las especificaciones ópticas, el
rango estándar de longitud de onda se extiende de 1512 a 1586nm, para un rango operativo de 74nm, dejando un distanciamiento
recomendado de 4nm entre la medición de
esfuerzo (µε) y la temperatura, para el desplazamiento de las longitudes de onda sin interferencia.
La figura 4 muestra en forma de bosquejo un
gráfico sin escala con el espectro de las longitudes de onda de un sensor FBG de esfuerzo,
Proyecto de investigación
compensado en temperatura y ejemplifica la
correspondiente medición de µε.
Figura 3. Sensor óptico FBG de esfuerzo. Os3155.
Figura 4. Curvas sensor óptico FBG de esfuerzo.
Figura 5. Sensor óptico FBG de temperatura.
Figura 6. Ejemplo medición de temperatura de sensor óptico FBG.
4.2 Medidor de temperatura FBG
La figura 5 muestra varios sensores de temperatura de fibra óptica FBG. El os4100 es
un medidor diseñado específicamente para
proporcionar compensación de temperatura
en mediciones de deformación. El os4230 es
una sonda de temperatura robusta, cuyo cuerpo es un tubo de acero inoxidable sellado, que
protege la FBG. El os4300 es un sensor de
temperatura no metálico.
Tomando como referencia la sonda de temperatura para describir las características del
sensor, el rango operativo de medición es de
–40 a 120°C, o de –200 a 275°C, con una
sensibilidad ≈10pm/°C (±1.7°pm/°C). El
tiempo de respuesta es de 1,5 segundos y una
exactitud a largo plazo de 1°C para la calibración estándar. En cuanto a las especificaciones
ópticas, el rango estándar de longitud de onda
se extiende de 1512 a 1588nm, para un rango operativo de 76nm, en intervalos de 4nm
para el desplazamiento de las longitudes de
onda sin interferencia.
La figura 6 muestra en forma de bosquejo un
gráfico sin escala del espectro de la longitud
de onda de un sensor FBG de temperatura y
la medición de temperatura correspondiente.
4.3 Acelerómetros FBG
La figura 7 muestra acelerómetros de fibra
óptica FBG para la medición de vibraciones.
Los acelerómetros FBG pueden ser unidos a
un bloque de montaje para configuraciones
de uno, dos o tres de ejes, como se muestra
en la figura.
El propósito de este tipo de sensor es realizar mediciones de la aceleración en grandes
estructuras y en un rango de frecuencias bajas, desde 0 a 300 Hertz. Soporta un pico de
impacto máximo de 100 g. El rango operativo de temperatura es de –40 a 80°C. Para
propósito de análisis dinámico presenta una
frecuencia de resonancia de aproximadamente 700 Hertz, con un peso de 28 gramos.
Nótese que la frecuencia de resonancia del
dispositivo es superior al rango de medición
establecido y, por su peso, puede considerarse
despreciable su contribución en los resultados de un análisis dinámico, aún en componentes de frecuencia de orden superior. En
cuanto a las especificaciones ópticas, el rango
MAYO 2014 -
Investiga TEC 11
Proyecto de investigación
estándar de longitud de onda se extiende de
1516 a 1588nm, para un rango operativo de
72nm, con intervalos al menos de 4nm entre
cada eje.
La figura 8 muestra en forma de bosquejo un
gráfico sin escala del espectro de la longitud
de onda de un acelerómetro óptico FBG y la
medición de vibraciones correspondiente (1g
equivale ≈9.8m/s2).
5. Referencias
[1] Kumar, K., Madhav, V. “Review on developments in fiber optical sensors and applications”. SPIE Digital Library de la sociedad
internacional de óptica y fotónica [en línea]
[citado el 20 de agosto del 2013].
Disponible en: http://spiedigitallibrary.org
[2]“FBG Optical Sensing: A New Alternative for Challenging Strain Measurements”.
National Instruments, Inc. Austin, Texas, [en
línea]. Disponible en: http://www.ni.com/
opticalsensing/esa/
[3] “Overview of Fiber Optic Sensing Technologies”. NI-Tutorial-12953-en. National
Instruments, Inc. [en línea]. Austin, Texas,
junio 2011. Disponible en: http://www.
ni.com/white-paper/12953/en/
[4]K.O. Hill et al., “Photosensitivity in Optical Fiber Waveguides: Application to Reflective Filter Waveguide,” Appl. Phys. Lett., Vol.
32, pp. 647–649, 1978.
[5] Tomasi, Wayne. “Sistemas de comunicaciones eléctricas”. Cuarta edición, cap. 11, pp.
422–465, Pearson educación, México 2003.
[6] “Fundamentos de la Detección Óptica
FBG”. NI-Tutorial-11821-es. National Instruments, Inc. [en línea]. Austin, Texas, noviembre 2010. Disponible en:
http://www.ni.com/white-paper/11821/es/
[7] M. A., Davis, D. G. Bellemore, T. A.
Berkoff y otros. “Fiber optic sensor system for
bridge monitoring with both static load and
dynamic modal sensing capabilities”. SPIE
Digital Library de la sociedad internacional
de óptica y fotónica [en línea] [citado el 28 de
agosto del 2013].
Disponible en: http://spiedigitallibrary.org
[8] “Optical fiber sensor guide: fundamentals
and applications”. Micron Optics, Inc. [en
línea]. Atlanta, USA, Disponible en: http://
www.micronoptics.com/technology/document_library/index.php
[9] Shijie Zheng, Gautam Naik y otros. “Sensing platforms for structural health monito12 Investiga TEC
- MAYO 2014
Figura 7. Acelerómetro FBG para medición de vibraciones. Os 7100.
Figura 8. Ejemplo acelerómetro FBG para medición de vibraciones.
ring”. SPIE Digital Library de la sociedad
internacional de óptica y fotónica [en línea]
[citado el 2 de septiembre del 2013].
Disponible en: http://spiedigitallibrary.org
[10] Wenzel, Helmut. “Health Monitoring
of Bridges”. VCE Holding GmbH, John
Wiley & Sons, Ltd., Vienna, Austria, 2009.
[11] “Optical fiber sensor datasheet”. Micron
Optics, Inc. [en línea]. Atlanta, USA, Disp.
en: http://www.micronoptics.com/products/
sensing_solutions/sensors/
(*)Francisco Navarro Henríquez es profesor e
investigador del Instituto Tecnológico de Costa
Rica (TEC) en la Escuela de Ingeniería Electrónica. Es ingeniero en electrónica y tiene una maestría en computación y una maestría en administración de negocios.
T
VI Encuentro de Investigación y Extensión
EC mostró
trabajos de
investigación al
público
Marcela Guzmán O.
maguzman@itcr.ac.cr
El Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC)
llevó parte de los trabajos de investigación y
extensión que desarrollan sus académicos al
público cartaginés, en el VI Encuentro de
Investigación y Extensión, celebrado el 13 de
marzo anterior en la Plaza Mayor de Cartago.
En el Encuentro también hubo un espacio
para la popularización de la ciencia, ya que
profesores de física y matemática del TEC
ofrecieron talleres de construcción de aviones
de papel y de burbujas de jabón a niños de
primaria y dieron la oportunidad de observar
y entender fenómenos astronómicos a visitantes de todas las edades. Además hubo minitorneos y lecciones rápidas de ajedrez.
Los adultos mayores tuvieron participación
en este VI Encuentro de Investigación y Extensión y participaron a lo largo de todo el
día no solo visitando los proyectos exhibidos
sino también actividades especialmente ideadas para ellos, como tai chi y talleres para
aprender a hacer artesanías con productos
reciclados.
Todo esto fue realzado con la presentación de
tres grupos culturales de alta calidad integrados por estudiantes de distintas carreras del
Tecnológico: JamTEC, Compañía de Danza
Folklórica Tierra y Cosecha y RitmoTEC.
Como parte del VI Encuentro también se
llevó a cabo una conferencia sobre el tema
“Investigación y desarrollo tecnológico en
un modelo de vinculación universidad-sociedad”, impartida por el Dr. Thomas G. Sors,
de la Universidad de Purdue, Indiana; esta actividad se llevó a cabo el viernes 14 de marzo
en el campus del TEC (información aparte).
Esta actividad académica contó con el apoyo financiero del Fondo de Incentivos, que
administran el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Telecomunicaciones (MICITT) y
el Consejo para Investigaciones Científicas y
Tecnológicas (CONICIT).
Inauguración
En el acto de inauguración del Encuentro
participaron el Dr. Franklin Hernández, en
representación de los expositores, y el señor
Ricardo Quirós, de la Asociación de Productores de Papa y Cebolla de Llano Grande de
Cartago, y quien ha trabajado conjuntamente
con investigadores del TEC a lo largo de varios años.
Además, participó el vicerrector de Investigación y Extensión, Milton Villarreal, Ph.D.,
quien señaló los objetivos del Encuentro: poner en contacto a investigadores y grupos de
investigación del TEC para promover nuevas
ideas, nuevos abordajes, nuevos proyectos;
abrir la oportunidad para que el sector externo conozca qué hace la institución y la forma en que se podría colaborar en función de
intereses comunes; y legitimar y comprometer al TEC, en su afán de consolidarse como
universidad dedicada a generar conocimiento
mediante la actividad científica y el desarrollo
de tecnología al servicio del progreso nacional.
Destacó también el Vicerrector las acciones
que se han tomado en los últimos años en
materia de investigación y extensión, y que
buscan “impactar y mejorar los índices de
productividad científica y la imagen institucional”.
Señaló, entre ellas, la decisión de aumentar la
inversión para hacer investigación, extensión,
desarrollo tecnológico e innovación; la implementación de un sistema de becas para el estudiante-investigador asistente de postgrado;
la capacitación del personal en generación de
indicadores de producción científica-tecnológica y en el uso y manejo de bases de datos
y catálogos de indexación de publicaciones
científicas; y el envío de becarios a programas
de doctorado de excelencia en áreas de pertinencia nacional.
Proyectos exhibidos
Escuela, Centro
o Programa
Nombre del proyecto
Investigador coordinador
Ciencia e Ingeniería de Ma- Estudio del rendimiento de un siste- José Luis León
teriales
ma solar con un motor Stirling
Galina Pridybailo
Programa eScience
eBridge 2.0: Sistema integrado para Giannina Ortiz
el desempeño de puentes
Programa eScience
iReal 2.0
Franklin Hernández
Jorge Monge
Ingeniería en Computación Análisis, predicción y utilización José Torres
práctica de parámetros de Item Response Theory (IRT)
Ingeniería en Computación Voto electrónico
Jeff Schmidt
Ingeniería en Computación Arquitectura para el desarrollo de Jeff Schmidt
aplicaciones educativas para dispositivos móviles
Ingeniería en Computación Propuesta interdisciplinaria para el Jeff Schmidt
diseño de aplicaciones informáticas
para dispositivos móviles que posibiliten mejorar los procesos de enseñanza y aprendizaje de la trigonometría de noveno año, como un medio
de apoyo a la Educación Secundaria
PIIDE
Ingeniería en Computación Kit de Robótica Costarricense ver- Milton Villegas
sión extendida
Ingeniería Electrónica
Sistema de supervisión de vías de ac- Arys Carrasquilla
ceso en cumplimiento de la Ley 7600
Plasmas
Laboratorio de Plasmas para Energía Iván Vargas
de Fusión y Aplicaciones
Ingeniería Forestal
Pellets: fabricación y evaluación de Roger Moya
pellets de especies forestales utilizadas en reforestación comercial en
Costa Rica
MAYO 2014 -
Investiga TEC 13
VI Encuentro de Investigación y Extensión
Escuela, Centro o Programa
Nombre del proyecto
Investigador coordinador
Ingeniería Forestal
Aplicaciones de nanotecnología en el reforzamiento de Roger Moya
maderas comerciales de Costa Rica
Ingeniería Forestal
Efecto de los acabados en la durabilidad de la madera de Cynthia Salas
10 especies de plantación forestal de rápido crecimiento
Ingeniería Forestal
Dendroenergía: plantaciones forestales hacia la produc- Dagoberto Arias
ción de biomasa para múltiples propósitos
Ingeniería Forestal
Monitoreo de ecosistemas forestales para el fortalecimien- Ruperto Quesada
to de estrategias y conservación y uso del bosque
Marvin Castillo
Ingeniería Forestal
Genfores
Olman Murillo
Ingeniería Forestal
eFlora
Cassia Soto
Ingeniería Agrícola
Plan de gestión de la cuenca del río Volcán. Proyecto Marvin Villalobos
FEES, CONARE.
Centro de Investigación y Desarrollo en Agricultura Soste- Laboratorio Nacional de la Carne, Tecnológico de Costa Milton Villarreal
nible para el Trópico Húmedo (CIDASTH)
Rica
Olger Murillo
Centro de Investigación y Desarrollo en Agricultura Soste- Biotecnología aplicada al desarrollo agrícola
nible para el Trópico Húmedo (CIDASTH)
Wayner Montero
Centro de Investigación y Desarrollo en Agricultura Soste- Microorganismos de interés agrícola como alternativa al Xiomara Mata
nible para el Trópico Húmedo (CIDASTH)
uso de sustancias sintéticas en la agricultura
Editorial Tecnológica
Portal de Revistas del TEC
Alexa Ramírez
Proyecto de investigación estudiantil
Soluciones rectangulares
Diana Chaves
Isabel Araya
Proyecto de investigación estudiantil
Huertos orgánicos integrales y ambiente protegido para Fabián Marín
producción de semillas
Mauricio Córdoba
Programa de Regionalización Interuniversitaria
Empoderamiento de los grupos comunales de Barra del Shirley Alarcón
Colorado
Programa de Regionalización Interuniversitaria
Fortalecimiento de los sistemas de producción y comercia- Ana Rosa Ruiz
lización de las unidades productivas y de servicios indígenas respetando la cultura bribri y cabécar con un enfoque
ambientalmente sostenible
Programa de Regionalización Interuniversitaria
Fortalecimiento de la gestión turística rural sostenible de Lady Fernández
los cantones de Upala, Guatuso y Los Chiles
Programa de Regionalización Interuniversitaria
Redes locales para la gobernabilidad autónoma, la defensa Laura Queralt
de los derechos indígenas y la relación universidad-comunidad desde una perspectiva de la interculturalidad
Química
Síntesis, evaluación y aplicación de catalizadores fotoelec- Jaime Quesada
troquímicos a base de óxidos de titanio, para la degradación de contaminantes orgánicos y de microorganismos
patógenos en agua
Química
Hacia una producción más limpia en Latinoamérica a tra- Floria Roa
vés de la integración de educación ambiental, ingeniería y
administración de negocios
Química
Presencia de contaminantes en ríos costarricenses
Química
Evaluación en agua para consumo humano de subproduc- Virginia Montero
tos de cloración y su relación como inductores de mutagénesis (mutaciones celulares)
Química
Transformación de una autoclave obsoleta en un biorreac- Teresa Salazar
tor piloto para la investigación de la degradación microbiana de un sustrato orgánico y la obtención de energía
renovable.
Agronegocios
Industrialización y comercialización de cacao orgánico en Randall Chaves
Talamanca: un enfoque de agronegocio
Agronegocios
Estudio de sistemas de producción sostenible de tomate Luis Fernando Campos
(Lycopersicum esculentum Mill) para innovación de productos saludables con valor agregado y la aplicación de un
modelo de gestión de costos
Agronegocios
Guayabita del Perú
14 Investiga TEC
- MAYO 2014
Floria Roa
Manuel Monge G.
VI Encuentro de Investigación y Extensión
Escuela, Centro o Programa
Nombre del proyecto
Investigador coordinador
Agronegocios
Modelo de manejo de un sistema de producción de horta- Laura Brenes P.
lizas de hoja bajo la modalidad de hidroponía NFT, tipo
comercial
Agronegocios
Impacto de los sistemas de innovación sobre el sector agro- Laura Brenes P.
alimentario latinoamericano
Ciencias del Lenguaje
Plan piloto de capacitación sobre el desarrollo de la orato- María Gabriela Amador
ria, dirigido a los maestros y maestras de primaria (I y II
ciclo), que respondan a los problemas de expresión oral de
los niños y niñas, de cinco centros educativos del cantón
central de Cartago
Biología
Centro de Investigación en Biotecnología
Biología
Caracterización de la actividad biológica in vitro de tres Miguel Rojas
especies nativas de Costa Rica de interés científico
Laura Calvo
Biología
Innovación y validación de opciones económicas y am- Jaime Brenes
bientalmente sostenibles para el manejo biotecnológico,
epidemiológico y agroecológico de la producción hortícola en ambientes protegidos
Biología
Evaluación de alternativas frutícolas amigables con el am- Dora Ma. Flores
biente para contribuir al desarrollo sostenible de la zona
norte de Cartago
Biología
Inducción de callogénesis y establecimiento de suspensio- Dora Ma. Flores
nes celulares de mora (Rubus adenotrichus var. “vino”), con
miras al escalamiento en biorreactor
Biología
Desarrollo de un prototipo de estanque semicerrado para Maritza Guerrero
el cultivo de microalgas en forma semi-masiva
Biología
Rescate y conservación de especies en peligro crítico de Elizabeth Arnáez
extinción
Biología
Caracterización de polifenoles
Elizabeth Arnáez
Administración de Empresas
Laboratorio de Economía Experimental
Federico Torres
Administración de Empresas
La aversión a la pérdida en estudiantes de carreras de cien- Federico Torres
cia y tecnología
Administración de Empresas
Modelo dinámico de asignación de precios de activos para Ronald Mora
la valoración de proyectos y empresas en Costa Rica
Administración de Empresas
Incidencia de la presión temporal y las relaciones de poder Gustavo Cubillo
en el comportamiento de negociación: un estudio comparativo de economía experimental
Personas de todas las edades pudieron aprender las técnicas básicas del juego de ajedrez con el profesor Nelson
Cordero, de la Unidad de Deportes del TEC. También
estuvo disponible un ajedrez gigante.
Tres grupos integrados por estudiantes del TEC
se encargaron de las presentaciones culturales:
JamTEC, Tierra y Cosecha y Ritmo TEC. En
la gráfica el grupo Tierra y Cosecha, que tuvo su
presentación al medio día.
Miguel Rojas
Laura Agüero
Gran cantidad de estudiantes de secundaria llegaron
a conocer los proyectos de investigación y extensión
que presentó el TEC a la ciudadanía.
MAYO 2014 -
Investiga TEC 15
VI Encuentro de Investigación y Extensión
Los proyectos del Centro de Investigación en Integración Bosque-Industria (CIIBI), despertaron mucho interés entre los visitantes.
Los proyectos de investigación y extensión de la Escuela de Química atrajeron a
gran cantidad de público.
Muchos asistentes al VI Encuentro quisieron saber cómo funciona un motor
Stirling alimentado por energía solar. Ello produjo largas filas de visitantes.
Las personas que visitaron el puesto del proyecto de guayabita del Perú pudieron
hacer pruebas sensoriales y de aceptación de la jalea elaborada a partir de esa fruta.
Durante el acto de inauguración, se dirigió a los presentes el señor Ricardo Quirós, de la Asociación de Productores de Cebolla y Ajo de Tierra Blanca de Cartago (frente al micrófono). También hicieron uso de la palabra el vicerrector de
Investigación y Extensión del TEC, Milton Villarreal, y el académico Franklin
Hernández, en representación de los expositores (ambos en la mesa principal).
En el Encuentro hubo un espacio para la popularización de la ciencia. El profesor de la Escuela de Física del TEC, Ernesto Montero (con el micrófono), explicó
a los niños que pájaros, insectos, aviones, helicópteros y aviones de papel utilizan
los mismos principios del vuelo. Agregó que sobre un cuerpo actúan al menos
cuatro fuerzas: de resistencia, de tracción, de sustentación y la que producen las
alas, además de la fuerza de gravedad, conocida como peso. El juego de las cuatro
fuerzas básicas es lo que permite determinar si el objeto volará o caerá como una
piedra cuando es lanzada al aire. Por ello, al aprender cómo vuela un avión de
papel los niños también aprenden cómo vuelan otros objetos.
Muchas personas durante el Encuentro hicieron fila para observar el sol a través
del telescopio. El profesor de la Escuela de Física Juan José Pineda y el grupo
AstroTEC, conformado por muchos estudiantes, se encargaron de explicar lo
que veían.
16 Investiga TEC
- MAYO 2014
Durante el Encuentro, un grupo de adultos mayores recibió una clase de tai chi
con el instructor y profesor del TEC, ingeniero Julio Carvajal Brenes.
Fotografías de Josué Porras Fernández.
V
VI Encuentro de Investigación y Extensión
inculación en
la Universidad
de Purdue: un
ecosistema PPP
Modelo de vinculación de Purdue
Rolvin Salas Quesada *
rsalas@itcr.ac.cr
En el mes de marzo anterior, el Instituto
Tecnológico de Costa Rica (TEC) recibió la
visita del Ph.D. Thomas G. Sors, líder científico de Vinculación del Bindley Bioscience
Center, perteneciente al Discovery Park de
la Universidad de Purdue (PU), Indiana. El
objetivo de su viaje a Costa Rica fue compartir con académicos del TEC su conocimiento y experiencia acerca de la misión y
funcionamiento de ese centro de vinculación
universidad-empresa.
Deseamos hacer un recuento de los aspectos
más importantes de su visita, para lo cual
empezaremos por brindar información base
y poder así establecer el contexto.
La Universidad
PU es una universidad pública localizada en
West Lafayette, estado de Indiana, que inicia sus actividades en 1874. Los fondos para
establecer la universidad, en 1869, provienen de una donación de $150 000,00 que
proporciona Jhon Purdue; $50 000,00 que
aporta el condado de Tippecanoe; y 100
acres (más de 40 ha) de tierra que aportan
los residentes. Es de notar aquí la interesante
relación “PPP” (public, private, partnership).
Se concibe el modelo de vinculación (ver
imagen) teniendo a la Universidad de Purdue como la fuente de investigación; a partir
de ella surgen entes como el Discovery Park
(perteneciente a la Universidad), la Oficina
de Comercialización de Tecnología y el Research Park (ambos parte de la Fundación
para la Investigación de Purdue).
Estas organizaciones tienen como meta la
comercialización de la tecnología y la reinversión en Purdue University. Es importante
destacar que la Purdue Research Foundation
es una organización sin fines de lucro, creada en 1930 por David Ross, ex-presidente de
la Universidad, junto a Josiak Lilly, hijo del
fundador de Eli Lilly and Co. (LLY NYSE).
Ellos, junto al Secretario de Estado de Indiana y la Junta de Notables de la Universidad
de Purdue, establecieron por así llamarlos, los
Estatutos de la Fundación, donde destaca, de
nuevo, la relación PPP.
Es importante mencionar que la Fundación
se enfoca en cuatro áreas:
• Financiamiento de investigación (negocia
y ejecuta contratos de investigación)
• Comercialización de tecnología
• Bienes raíces (residencias estudiantiles,
parque de investigación, etc.)
• Mejoramiento de la economía del estado
de Indiana
El Discovery Park
Como lo mencionó el Dr. Sors, el Discovery
Park (DP) es el hub de PU para la investigación interdisciplinaria y aplicada, concebido
como un lugar donde los investigadores de
todas las disciplinas pueden trabajar juntos
para definir nuevas áreas de investigación y
resolver los grandes retos. Un aspecto fundamental es que el Discovery Park concentra los
recursos y esfuerzos para realizar la investigación aplicada en Purdue. Está formado por
10 centros de investigación y pertenece a la
Vicepresidencia de Investigación.
Discovery Park se enfoca en un 100 por ciento en proyectos de ciencia y tecnología que
generen beneficios a su entorno, en tanto que
la propiedad intelectual, la comercialización
y las iniciativas de start ups son competencia
directa de la Fundación para la Investigación;
de paso, una Fundación cuya concepción,
constitución y operación es totalmente diferente a nuestra realidad.
Con base en su experiencia, y tomando en
cuenta las diferencias entre universidades,
Thomas Sors llamó la atención sobre aspectos
tales como el enfoque en áreas estratégicas de
investigación aplicada, que sería apropiado
para una institución como el TEC. Esto le
permitiría focalizar y priorizar el uso de los
recursos con que cuenta, a fin de ser exitosos
en determinados nichos de investigación.
Adicionalmente mencionó que se debe invertir en áreas en las que ya tenemos éxitos
comprobados. Esto último sugiere la idea de
generar una convocatoria para proyectos vinMAYO 2014 -
Investiga TEC 17
VI Encuentro de Investigación y Extensión
culados internacionalmente, donde grupos
de investigación que ya están realizando investigación con entes de primer nivel, fortalezcan sus relaciones y estas experiencias exitosas logren permear a otros grupos del TEC
y de la sociedad.
Reflexión
Esta mirada al modelo de vinculación de la
Universidad de Purdue, permite apreciar claramente el nivel de relación tan fuerte que
existe entre la Universidad y su entorno, aspecto que es una de sus principales características. Podríamos decir que este ecosistema
PPP (public, private, partnership) se da de una
forma natural, tan arraigado en las mentes de
sus miembros como ocurre con los formícidos, capaces de construir relaciones mutualistas, comensales, miméticas y, por supuesto,
parasitarias.
Como ingeniero me pregunto cómo estos
formícidos pueden interactuar de forma
tan eficiente y exitosa para su supervivencia,
evolución y conservación sin estatutos orgánicos, sin reglamentos. ¿Cuál es el gen que
provoca este comportamiento? ¿Podremos algún día obtener este gen? ¿Por qué el ser humano necesita de políticas si se supone que es
más evolucionado? ¿Podría alguien hacer una
investigación que responda esas preguntas?
Porque a la fecha no estamos generando las
medidas necesarias y efectivas para preservar
y mejorar el ecosistema que se nos fue asignado y que es nuestra responsabilidad (Costa
Rica).
¿Quién es Thomas G. Sors?
Thomas G. Sors es el jefe científico de
Vinculación para el Centro de Biociencia Bindley, donde provee apoyo al Indiana Clinical and Translational Sciences Institute (CTSI) de la Universidad
de Purdue. También es el Director Administrativo del Centro de Investigación
Global e Intervención en Enfermedades
Infecciosas (C-GRIID).
Obtuvo su Ph.D. en fisiología vegetal y
biología molecular del Departamento de
Horticultura de la Universidad de Purdue en 2008, con investigaciones que se
centraron en dilucidar los mecanismos
metabólicos de la tolerancia del selenio
en las plantas. Posteriormente hizo un
post-doctorado en el Departamento de
Bioquímica, donde llevó a cabo investigaciones relacionadas con la ingeniería
de proteínas de biosíntesis de la lignina
y precursores de enzimas para la mejora
de la producción de biocombustibles a
partir de plantas.
Ha sido certificado por el Centro de Filantropía de la Universidad de Indiana
como líder ejecutivo sin fines de lucro y
ha ganado premios como el Premio de
Oro de la Asociación para la Excelencia
en Comunicación. También obtuvo el
primer lugar en Multimedia Interactiva
de la National Science Foundation y fue
premiado como joven científico por el
Consejo de Información Biotecnológica.
(*) Rolvin Salas Quesada es ingeniero y tiene una
maestría en administración de negocios de la Universidad de Costa Rica con énfasis en comercio y
negocios internacionales. Trabaja como gestor de
proyectos en la Vicerrectoría de Investigación y
Extensión del TEC y es quien atiende a los grupos de investigación en BioIngeniería, e-Science y
Plasma.
El Dr. Thomas G. Sors (derecha) estuvo presente durante la exposición de proyectos, donde conversó con
varios investigadores, entre ellos el Dr. Olman Murillo, de la Escuela de Ingeniería Forestal del TEC.
18 Investiga TEC
- MAYO 2014
R
acionalidad
y emociones:
investigación en
neuroeconomía
Guillermo Mateu*
guillermo.mateu@escdijon.eu
Agustín Molina**
agustinmolina@uv.es
Lucas Monzani***
lucas.monzani@uv.es
Roger Muñoz-Navarro****
roger.munoz@uv.es
¿Qué entendemos por neuroeconomía?
En los últimos años hemos sido testigos del
incremento exponencial de investigaciones
relacionadas con la neurociencia. Gracias
a las nuevas tecnologías somos capaces de
comprender cómo funciona nuestro cerebro
y a qué estímulos responde. En este sentido,
sabemos que cualquier decisión que tomamos tiene un impacto en el órgano cerebral
(Camerer 2007), y concretamente, la neuroeconomía basa su campo de estudio en un
tipo específico de decisiones, las decisiones
de carácter económico. Por tanto, entendemos la neuroeconomía como el estudio del
impacto de las decisiones económicas en la
actividad del cerebro (Camerer et al. 2005).
Los estímulos neuropsicológicos están
presentes en nuestras decisiones económicas
Imaginémonos, por ejemplo, que estamos
a punto de realizar la compra de un nuevo
apartamento; es una decisión importante y
numerosas variables influyen en nuestra percepción. No obstante, la visión tradicional
de la economía explica dicha decisión desde
un punto de vista racional.
Todos somos consumidores informados y
vamos a ser capaces de ordenar nuestras preferencias de compra en función de nuestra
utilidad personal; es decir, que tomaremos la
decisión en función de nuestras necesidades
y características personales (p. e. si el apartamento cuenta con garaje, jardín, qué tipo de
vecindario nos rodea, entre otros).
No obstante, sabemos que como seres humanos, nuestro comportamiento no solamente
se limita al aspecto racional: los sentimientos y las emociones juegan un papel clave en
nuestro comportamiento económico (Rick
& Loewenstein, 2008). Los estímulos que
recibimos cuando visitamos un apartamento, o el trato que podamos tener con el agente inmobiliario, determinará nuestra decisión más de lo que podemos llegar a pensar.
Algo sucede en nuestro cerebro en este tipo
de circunstancias y la neuroeconomía tiene
la llave para encontrar las posibles respuestas.
Neuro-finanzas
El ejemplo de la compra del apartamento
puede ser importante para el individuo; pero
imaginemos la importancia que pueden tener las decisiones económicas tomadas por
los agentes financieros presentes en el parquet de la bolsa, o los representantes de un
estado o nación. El rol que juegan las emociones en los sistemas financieros han sido
la consecuencia de la reciente crisis financiera en la mayoría de países occidentales,
dando forma a procesos especulativos y de
creación de burbujas financieras en distintos
mercados (Ricciardi & Simon 2000, Tseng
2006). Es necesario abordar el estudio de la
neuroeconomía para comprender mejor por
qué suceden ciertos fenómenos económicos
y cuáles son sus determinantes neuropsicológicos.
En este sentido, muchos recursos y esfuerzo
se han invertido en averiguar qué variables
provocan las fluctuaciones en los mercados
financieros. Cómo controlar dichas fluctuaciones ha sido uno de los objetivos principales de la investigación en finanzas anticipando y evitando la creación de burbujas
financieras. La respuesta al comportamiento
de los agentes financieros ante una burbuja
financiera la encontramos en la psicología y
la neuro-psicología.
La psicología aplicada a los mercados financieros: factores sociales y diferencias
individuales como predictores de las fluctuaciones de los mercados
Desde su inicio, la psicología de los mercados
financieros ha abordado la naturaleza social
de las expectativas que sustentan burbujas
financieras (Andreassen, 1987), identificado
al “market noise”, o ruido del mercado como
un factor que juega un papel central en la
formación y consolidación de las burbujas
financieras. Este concepto hace referencia a
toda aquella información que distorsiona las
señales objetivas que da el mercado sobre el
valor futuro de un determinado bien. AunMAYO 2014 -
Investiga TEC 19
que uno podría pensar que dicho ruido se
debe a cuestiones de análisis técnico, como
posibles “errores de medida” en los indicadores de aceleración y oscilación de tendencias
de mercado (Menkhoff & Taylor, 2007), el
market noise es de naturaleza claramente social y, por ende, escapa a los cánones de la
racionalidad económica (Baker & Wurgler,
2007).
En otras palabras, el ruido de mercado es una
construcción social (Baker, 1984), entendida
como una creencia colectiva sobre un determinado tema, cuya “veracidad” se consolida
a medida que un mayor número de personas
lo aceptan. Si bien en el peor de los casos
dicho ruido puede tener una dirección y un
objetivo a priori (como ocurre con el insider
trading), en el mejor de los casos es un fenómeno difuso y caótico que se expande exponencialmente y es virtualmente imposible
de controlar luego que dicha construcción
obtiene cierta masa crítica, ya que se adopta
como un axioma y su veracidad deja de ser
cuestionada.
Su origen, en la mayoría de los casos, reside
en los circuitos informales de la elite de los
diferentes centros financieros (p. e. reuniones after-hour de operadores) y su medio de
difusión por excelencia son las nuevas tecnologías de información (p. e. redes sociales, mensajería instantánea), que permiten
la mencionada expansión exponencial, no
ya al público general sino a un gran número
de agentes claves, cuyas decisiones en apariencia “informadas y racionales” terminan
afectando las tendencias del mercado. Como
el lector se imaginará, sus principales efectos
sobre el mercado financiero son altamente
nocivos, ya que al generar “falsos positivos”
de compra o venta, estimulan la sobrerreacción de los operadores a través de salidas inadecuadas y a destiempo que generan ineficiencias de mercado (ya sea a través de toma
de ganancias o recorte de pérdidas; Bondt &
Thaler, 1987, 1985).
A nivel personal, la psicología de las diferencias individuales ha contribuido a clarificar
si las diferencias que existen entre inversores
exitosos y quienes no lo son se adquieren o
son innatas. Por un lado, la investigación en
inteligencia emocional nos informa sobre
las competencias emocionales, entendidas
como el conjunto de conocimientos, destrezas y habilidades que permiten identificar,
20 Investiga TEC
- MAYO 2014
entender y regular las propias emociones de
manera consciente, para regresar a estados
emocionales positivos luego de un estímulo
perturbador del entorno (Mayer, Roberts, &
Barsade, 2008).
Por otro lado, gracias a la psicología de la
personalidad sabemos que en un nivel de
consciencia inferior, los individuos cuentan
con cinco rasgos innatos (McCrae & Costa Jr., 2003). Uno de ellos es la estabilidad
emocional, entendida como una tendencia
natural a confiar en uno mismo y tanto en
las propias decisiones como en la calidad del
propio trabajo (Judge & Bono, 2001).
En línea con lo anterior, el ruido de mercado también tiene un efecto sobre el microinversor como individuo, pero este efecto
se verá atenuado por sus diferencias individuales, tanto en su nivel de estabilidad como
de competencia emocional. Quienes posean
altos niveles de competencias emocionales
y estabilidad emocional, automáticamente
reaccionarán de manera calmada y racional
ante una corrida de precios causada por un
“falso positivo”, probablemente manteniendo sus posiciones incluso cuando las señales del mercado indiquen lo contrario en el
corto plazo, aumentando así el retorno de
su inversión. Por otro lado, para quienes no
posean dicha tendencia innata, a través de
entrenar sus competencias emocionales, los
operadores pueden aprender a identificar y
regular activamente sus estados emocionales
negativos (p. e. la ansiedad) para compensar
así bajos niveles de estabilidad emocional en
caso de que los tengan, y lograr también evitar la trampa del “falso positivo”, lo que les
permitirá mayores niveles de retorno y éxito
en sus inversiones (Van der Zee, Thijs, &
Schakel, 2002).
Cómo funciona nuestro cerebro al tomar
decisiones
Tanto las competencias emocionales como la
estabilidad emocional permiten una regulación en mayor o menor medida consciente
de las propias emociones al tomar decisiones, como la de mantener la calma ante un
corrida del mercado. Quizás el lector se pregunte: ¿Qué ocurre en nuestro cerebro cuando tomamos dichas decisiones?
El famoso caso de Phineas Cage, publicado
en la revista Science por Hana y Antonio
Damasio (Damasio, H., 1994) se considera
como un hito dentro de la neurociencia. A
partir del estudio de este caso se ha aceptado la idea de que ciertas zonas neurales son
determinantes en la toma de decisiones, en
la cognición social y en la adaptabilidad al
medio.
En el año 1848, Phineas Cage sufrió un
dramático accidente cuando trabajaba en la
construcción de vías ferroviarias en el estado
de Nueva Inglaterra. Antes fue un hombre
corriente, inteligente y bien adaptado socialmente. Posteriormente su personalidad
cambió radicalmente. Se convirtió en un ser
que se comportaba de una forma irreverente,
presentando conductas infantiles o exposiciones con gran carga sexual que ofendían
a su círculo social. Lo más sorprendente
era la dificultad de explicación de su nuevo
comportamiento desadaptado, ya que su
inteligencia estaba preservada a pesar de su
tremendo accidente. Lo que estaba claro era
que Cage ya no era más el Cage de antes.
Años más tarde se han correlacionado las
áreas afectadas en el cerebro de Phineas Cage
con aquellas funciones cognitivas relacionadas con la planificación, la ejecución, la
personalidad, la toma de decisiones y todo
aquello que habíamos entendido por racionalidad.
Antonio Damasio publicó en su libro El
error de Descartes (Damasio A., 2008), que la
idea reflejada por este gran filósofo francés,
de que el ser humano alcanzaría el mayor
nivel intelectual en cuanto fuera capaz de suprimir sus emociones lo más posible era, más
que un mito, un gran error.
Las zonas que se encontraban dañadas en
este paciente y muchos otros que presentan
este tipo de conductas en las consultas neuropsicológicas, son aquellas que conectan
el cerebro límbico, donde residen las emo-
ciones, y el córtex pre-frontal, donde reside
la racionalidad. Lo que se ha mostrado en
decenas de investigaciones es que cuando
estas zonas o sus circuitos subyacentes están
dañados, no se pueden tomar decisiones óptimas (Bechara et al. 2003, Shiv et al. 2005).
Desde entonces, a nadie se le ocurre pensar
que las emociones no juegan un papel vital
en nuestra vida, sobre todo cuando se trata de tomar decisiones o de regular nuestra
conducta a las demandas del ambiente.
En el cerebro límbico hay una zona neural
clave para nuestras respuestas emocionales
a estímulos de miedo: la amígdala (Davis,
M., 1992). Esta zona neural es como una
“almendra” situada en los lóbulos temporales de los dos hemisferios y emerge sus conexiones con amplias zonas del neocórtex,
como la región orbitofrontal o ventromedial
del córtex prefrontal, la zona anterior del
córtex cingulado, la corteza de la ínsula y
otros núcleos subcorticales como el tálamo,
los ganglios basales o el hipotálamo. Cualquier daño en estas zonas, o en los circuitos
que las interconectan, comporta un déficit
en la toma de decisiones de carácter social.
Estas zonas también regulan diferentes tipos
de empatía y en el caso de sufrir daño neural se observan conductas o decisiones con
ausencia de esta capacidad tan importante
para el reconocimiento de las emociones y
pensamientos de los que nos rodean (Preston
et al., 2007, Immordino-Yang et al., 2009).
Estas investigaciones han desembocado en
la conocida hipótesis del marcador somático,
donde se evidencia la necesidad de un flujo armónico entre las emociones para poder
tomar decisiones adaptativas, ya sean conductuales, sociales o también económicas
(Bechara et al., 2002, Bechara & Damasio,
2005). Es en este último campo donde se
ha podido observar que sujetos con daños
neurales en las zonas y circuitos previamente
mencionados toman decisiones económicas
con resultados que han hecho cuestionar el
concepto de racionalidad económica.
Shiv et. al (2005) observó en un trabajo conjunto con Antonio Damasio que algunos
pacientes eran capaces de obtener mayores
beneficios económicos que sujetos normales
o con diferentes daños neurales. Parece ser
que la ausencia de miedo permitía seguir realizando inversiones con sus posteriores ganancias. Este estudio ha llegado a plantear la
posibilidad de cierto perfil de personalidad
y neuropsicológico en actores económicos
como los agentes de bolsa. Las emociones,
por tanto, tienen un papel central en la toma
de decisiones económicas y conocer con mayor profundidad la funcionalidad neuronal
en este tipo de decisiones podría ser decisivo
para explicar por qué se toman riesgos excesivos en transacciones económicas, la creación de burbujas económicas o las propias
crisis.
Algunas investigaciones en neuroeconomía
La neuroeconomía es un campo que fusiona
las técnicas de investigación neurocientíficas
con juegos del campo de la economía del
comportamiento. El “Ultimatum Game” es
un juego experimental de economía para estudiar experimentalmente las decisiones económicas (Guth, Schmittberger, & Schwarze,
1982). En este juego dos personas interactúan una única vez y de forma anónima. Al
participante “A” se le otorga una suma de
dinero (p. e. 10 dólares) y se le propone que
reparta esta suma con el participante “B”. Si
el participante “B”, quien conoce la suma
de dinero que tiene el otro participante para
repartir, acepta la propuesta del participante
“A”, ambos podrán conservar el dinero resul-
tante. Si el participante “B” no acepta la propuesta, ningún participante ganaría nada.
Ahora bien, lo interesante es que desde una
perspectiva racional del ser humano, el participante “B” debería aceptar cualquier suma
de dinero que se le hiciera. No obstante, las
ofertas que reciben los participantes “B” por
un valor de 2 dólares o menos son generalmente rechazadas en la mayoría de países desarrollados (Camerer, 2003).
¿Por qué los participantes que reciben sumas
de dinero pequeñas las rechazan? Algunos estudios del campo de la neuroeconomía han
mostrado que no es necesario sufrir daños
neurales para tomar diferentes decisiones,
sino que también juegan un papel importante el nivel de hormonas y los receptores
localizados en las zonas neurales del marcador somático o la toma de decisiones. Dicho
esto, a partir de la utilización de técnicas de
investigación complejas, desde la neuroeconomía se ha observado que los participantes
que rechazan sumas pequeñas de dinero presentan altos niveles de activación cerebral en
la ínsula, una zona que está relacionada con
la sensación de disgusto (Gallese, Geyser, &
Rizzolatti, 2004).
Metha & Beer (2010) observaron que sujetos
con altos niveles de testosterona rechazaban
estas pequeñas cantidades de dinero y lo coMAYO 2014 -
Investiga TEC 21
rrelacionaban con una alta activación en la ínsula, sugiriendo que estas conductas se refieren
a cuestiones de defensa del status. Tal como
se ha sugerido, estas observaciones se deben a
que el ser humano se ha desarrollado como un
ser social. Desde esta postura, si bien rechazar
dinero implica una pérdida de recursos, esta
respuesta permite castigar a quien intenta abusar de su poder y, además, evita que la persona
que recibe una suma pequeña de dinero se genere la reputación de ser explotable.
Al igual que se ha mostrado que sujetos con
altos niveles de testosterona son menos generosos o menos propensos a la confianza (Zak
et al., 2009), otra pregunta a la que ha dado
lugar este tipo de experimentos es: ¿Por qué
una persona ofrecería una suma de dinero
muy grande?
Tal como el disgusto representa la razón
para rechazar sumas de dinero pequeñas,
la empatía parecería ser el mecanismo que
explica por qué las personas son generosas.
La empatía tiene que ver con la capacidad
de ponerse emocionalmente en el lugar de
otro. Por tanto, es esperable que un participante del Ultimatum Game que es empático
22 Investiga TEC
- MAYO 2014
ofrezca sumas de dinero mayores que otro
que no lo es.
Para poner a prueba este argumento, desde
la neuroeconomía se han diseñado técnicas
experimentales para manipular los niveles de
empatía de las personas. Un ejemplo de esta
manipulación se realiza a partir del control
de los niveles de oxitocina de las personas
– una hormona conocida como la hormona del amor- y que se relaciona con los niveles de confianza y empatía que presentan
las personas. Gracias a esta técnica, desde la
neuroeconomía se ha observado que las personas que reciben una infusión de oxitocina ofrecen sumas de dinero 80% superiores
que quienes no han recibido dicha infusión
(Kosfeld, Heinrichs, Zak, Fischbacher, Fehr,
2005).
La neuroeconomía posibilita, a partir de la
utilización de diseños sencillos de investigación, tal como el Ultimatum Game, continuar expandiendo los mecanismos a partir
de los cuales los seres humanos tomamos
decisiones. Tal como se observa en los ejemplos anteriores, esta reciente disciplina busca
comprender aspectos del comportamiento
humano que no pueden ser explicados a partir de su consideración como un actor meramente racional.
Investigaciones en el TEC
El instituto Tecnológico de Costa Rica, junto
a otras universidades europeas, ha empezado
a desarrollar un proyecto de colaboración
para el futuro desarrollo de experimentos de
neuroeconomía y neuromarketing.
La principal motivación del grupo de investigación es el desarrollo y análisis del comportamiento del consumidor, aplicando
técnicas de neurociencia y medidas fisiológicas. Concretamente, dichas técnicas nos
permiten comprender mejor cómo funciona nuestro cerebro y que tipo de estímulos
recibimos y emitimos cuando tomamos una
decisión económica.
Pensemos, por ejemplo en los avances desarrollados en la venta de productos conociendo los estímulos a los que nuestro cuerpo
reacciona aumentado la impulsividad y, por
tanto aumentando el deseo de compra. No
es casualidad encontrarnos con ciertos colores en las cadenas de alimentación que influ-
yen significativamente en nuestro apetito, o
la música que escuchamos cuando elegimos
una prenda de ropa. El mundo del marketing se ha nutrido desde hace muchos años
de este tipo de conocimiento, que pasa desde
lo intuitivo hasta lo científico. Numerosos
trabajos se han publicado ya en el campo del
neuromarketing aplicado; no obstante, quedan puertas abiertas que debemos explorar.
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4(12), e8330.
(*) *Guillermo Mateu (Ph.D.)
LESSAC (Laboratory for Experimentation in
Social Sciences and Behavioral Analysis). Finance Department. Burgundy School of Business.
Dijon, France.
** Agustín Molina, MD (Estudiante Ph.D.)
IDOCAL. Research Institute of Human Resources Psychology, Organizational Development
and Quality of Working Life. Department of
Work, Organizational and Personal Psychology.
Faculty of Psychology. University of Valencia.
Valencia, Spain.
*** Lucas Monzani (Ph.D.)
IDOCAL. The Research Institute of Human
Resources Psychology, Organizational Development and Quality of Working Life. Department of Work, Organizational and Personal
Psychology. Faculty of Psychology. University of
Valencia. Valencia, Spain.
**** Roger Muñoz-Navarro MD (Estudiante
Ph.D.)
PETRA Department. Department de Personality, Assessment & Psychological Treatments.
Faculty of Psychology. University of Valencia.
Valencia, Spain.
MAYO 2014 -
Investiga TEC 23
General Chairs
Carlos M. Travieso-González,
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, España
Melvin Ramirez-Bogantes, Jorge Arroyo-Hernández
Universidad Nacional de Costa Rica
Program Chairs
Pablo Prendas, Geovanni Figueroa
Instituto Tecnológico de Costa Rica
Technical Program Committe
Lei Zhang, Polytechnic University of Hong-Kong
Jianguo Zhang, University of Dundee, United Kingdom
Zdenek Smekal, University of Technology Brno, Czech Republic
Pedro Gómez-Vilda, Polytechnic University of Madrid, Spain
Paul Miller, Queens University of Belfast, UK
Germán Castellanos, National University of Colombia, Colombia
Thomas Drugman, University of Mons, Belgium
Max Little, Massachusetts Institute of Technology, United States
Carlos M. Travieso-González, University of Las Palmas de Gran Canaria, Spain
Juan Pablo Wachs, Purdue University, United States
Paulo Leitao, Polytechnic Institute of Bragança, Portugal
Karmele López-de-Ipiña, University of the Basque Country, Spain
Janos Fodor, Öbuda University, Hungary
Javier Jo, Texas A&M University, USA
Morgado Dias, University of Madeira, Portugal
Marco Mora-Cofre, Universidad Católica de Maule, Chile
Raimund Bürger, University of Concepción, Chile
Sattar Bader Sadkhan, University of Babylon, Iraq
Francisco Vargas-Bonilla, Universidad de Antioquia, Colombia
Gianni Sacchi, Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie
Informatiche, C.N.R., Pavia, Italy
Sergio Rovida, Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie
Informatiche , C.N.R., Pavia, Italy
M.K. Dutta, Amity University, India.
IWOBI 2014
It will be held in
Liberia, Costa Rica
July 16-18, 2014
Important Dates
Full Paper Submission: April 1, 2014
Notifications: May 6, 2014
Final Paper Submission: May 16, 2014
Work Conference dates: July 16-18, 2014
www.iwobi.una.ac.cr
iwobi@una.cr
Topics included but not limited to
Applications of Pattern Recognition
Artificial Intelligence Techniques
Bioinformatics
Video analysis
Natural sounds
Sensor Networks
Biomathematics
Biostatistics
Biocomputing
Clustering
Data Mining
Fuzzy and Hybrid Techniques
Image Coding, Processing and Analysis
Neural Networks
Signal Processing and Analysis
Organizing Committee
Instituto Tecnológico de Costa Rica
Pablo Prendas, Geovanni Figueroa
Universidad Nacional de Costa Rica
Óscar Salas-Huertas, Filánder Sequiera-Chavarría,
Ronny Gamboa-Araya
Universidad de Costa Rica
Juan Luis Crespo-Mariño, José Luis Vásquez, Álvaro de la Ossa, Francisco
Siles-Canales, Juan Carlos Briceño-Lobo, José Manuel Luna-Angulo
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
Jesús B. Alonso-Hernández, Jose M. Canino-Rodríguez,
Santiago Pérez-Suárez
Publicaciones TEC • 11/2013
Universidad de Costa Rica