Cuando circulamos por las carreteras nuestra seguridad depende del estado del pavimento. La información en tiempo real proporcionada por sensores embebidos puede ayudar a tomar medidas antes de que se produzcan situaciones de deterioro (riesgo). Una cuestión interesante respecto a la tecnología de sensorización es ¿cómo proveer de energía a estos sensores autónomos? La respuesta actual pasa por elegir entre dispositivos piezoeléctricos o transmisión eléctrica inalámbrica
El objetivo fundamental del pavimento de las carreteras es prestar a los usuarios un servicio de calidad que satisfaga sus necesidades de movilidad durante el tiempo de vida para el que sea concebido. Una situación de deterioro, genera un mayor riesgo de sufrir un accidente, más incomodidad en la conducción, más gasto de combustible, más deterioro del vehículo, más emisiones nocivas a la atmósfera…
La Asociación Española de la Carretera (AEC) ha publicado en mayo de 2016 el informe «Necesidades de inversión en conservación«, destacando cómo el estado de conservación de las vías en nuestro país continúa empeorando. De seguir esta tendencia, antes de 2020 será necesario reconstruir buena parte de la red.
Coincido con los expertos en que la conservación de nuestras carreteras no puede dejarse en manos del azar: ni depender de que situaciones de crisis obliguen a reducir el presupuesto, ni esperar a la aparición de situaciones irreversibles.
En estas circunstancias, se hace más necesario seguir desarrollando nuevas tecnologías y metodologías que apoyen la gestión de infraestructuras y que permitan conservar y rehabilitar nuestra red viaria al menor coste económico y medioambiental.
Instrumentación con sensores embebidos en el firme
El tráfico y las condiciones ambientales/meteorológicas, agravadas por los problemas relacionados con el cambio climático, afectan significativamente al deterioro del firme de nuestras carreteras.
El número de ejes, la carga por eje, la velocidad de circulación de los vehículos… afectan al comportamiento estructural del firme. La radiación solar, la lluvia, los gradientes térmicos, los ciclos hielo-deshielo, las sales fundentes empleadas contra el hielo o el derrame de aceites y combustibles, entre otros factores, tienen un impacto significativo en la vida del pavimento y en su fatiga.
Es necesario un mantenimiento preventivo basado en información del estado del firme y encaminado a prevenir la aparición de este deterioro o a subsanarlo rápidamente mediante actuaciones de reparación y mantenimiento.
Para evaluar el estado de un firme se emplean, habitualmente, la inspección visual y la auscultación periódica. Una alternativa dinámica es la instrumentación consensores embebidos en el firme. Con la monitorización continua, se pretende que quienes toman las decisiones puedan conocer, en tiempo real, el estado del firme.
Experiencias como las del proyecto CENIT OASIS, en las que colaboramos con OHL Concesiones y GEOCISA, avalan esta alternativa -no exenta de dificultades- como que los sensores superen las condiciones agresivas durante el extendido y la compactación, o alimentar los sensores durante el tiempo de vida de un pavimento asfáltico que se sitúa entre los 20 y 30 años.
En este segundo aspecto, como no siempre se dispone de alimentación eléctrica cableada o para superar los problemas de la flexibilidad del cableado, un reto tecnológico significativo, es empotrar en el pavimento sensores autónomos, con alimentación no cableada y comunicación inalámbrica ¿Cómo proveer de energía a los sensores sin cables y durante el tiempo de vida del pavimento?
¿Dispositivos piezoeléctricos vs. alimentación inalámbrica?
Frente a la alimentación con baterías que, al tener una energía limitada, requieren una sustitución periódica o una recarga, se puede alimentar los sensores autónomos con energía captada de la propia carretera, por ejemplo, mediante dispositivos piezoeléctricos.
A finales del siglo XIX, los hermanos Pierre y Jacques Curie denominaron «efecto piezoeléctrico» al fenómeno que ocurre en determinados cristales que al ser sometidos a presión o a un movimiento mecánico, generan energía eléctrica. En la carretera, parte de la energía del vehículo se convierte en deformación vertical del firme que se puede transformar en energía eléctrica mediante los dispositivos piezoeléctricos. La cantidad de energía generada depende del número de vehículos que pasen.
En el proyecto CIEN REPARA 2.0, en el que estamos trabajando actualmente, hemos optado por otro camino. Estamos investigando en colaboración con Sacyr Construcción, Acciona Infraestructuras, Repsol, Fractalia, CHM, Cemosa, Solid Forest e Inzamac, la recarga de las baterías de los sensores autónomos mediante transmisión eléctrica inalámbrica.
También a finales del siglo XIX, Nikola Tesla propuso lo que se conoce como “efecto Tesla”. En este caso, las variaciones en el flujo magnético tienen la capacidad de transmitir electricidad a distancia sin necesitar soporte sólido o algún tipo de conductor. En la carretera, periódicamente se recargarían las baterías de los sensores según sus necesidades de potencia (principalmente definida por la transmisión de datos). La transferencia de energía tiene un alcance limitado.
La eficiencia de ambas tecnologías es, ahora mismo, un aspecto crítico.
¿Curie vs Tesla? Realmente, enfrentar estas tecnologías (utilizar “versus” con el significado de “contra” o “frente a”) no es una expresión afortunada. Ambas tecnologías abren un mundo de oportunidades para nuevas aplicaciones, pero ¿son también complementarias? ¿qué opináis?
Es probable que muchos aprovechemos los fines de semana para dar un paseo por el bosque o la montaña. Al volver a casa, impresionados por la belleza del paisaje, es posible que hayamos reflexionado con tristeza en el enorme daño que los incendios forestales causan en estos espacios. Todos tenemos que ser un poco responsables y darnos cuenta de que los bosques son una importante fuente de recursos. Por esta razón hay que intentar preservarlos y mantenerlos en buen estado.
En el sur de Europa, los incendios forestales amenazan gravemente su sostenibilidad. Según ha recogido Efe verde, sólo en España la superficie forestal afectada por incendios en 2016, es de 61.359,9 hectáreas. Esta extensión de terreno equivale a más de 61.000 campos de futbol.
En el caso de los incendios involuntarios, esta situación es debida no solamente a las altas temperaturas que se alcanzan en verano, sino a la biomasa forestal abandonada en el bosque tras las actividades de explotación forestal. Es, por tanto, de suma importancia realizar trabajos de mantenimiento y limpieza de los bosques y las masas forestales, mediante aclarados, podas, limpiezas de bosques, etc.
Estas medidas pasan por la necesidad de desarrollar nuevas formas de aprovechamiento de estos residuos biomásicos generados por la industria forestal (aserraderos, industrias de primera transformación, fabricantes de productos elaborados de madera, fabricantes de corcho y de pasta de papel), que una vez recogida su materia prima, abandonan en el bosque.
Por esta razón, en CARTIF estamos trabajando en la búsqueda de nuevas tecnologías de aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía renovable para la obtención de energía eléctrica y térmica, así como para la producción de nuevos bioproductos. De esta forma se aumenta el rendimiento de la madera, evitándose además, por una parte la erosión del suelo y aparición de enfermedades de los árboles y, por otra, la eliminación de focos de aparición de incendios forestales.
Esta es la línea que sigue el proyecto europeo LIFE EUCALYPTUS ENERGY. El objetivo principal del proyecto es el diseño y construcción de una planta de demostración que valorice energéticamente la biomasa forestal procedente de las cortas forestales de Eucalyptusglobulus, madera empleada en su mayor parte por la industria papelera.
Esta biomasa es, principalmente, biomasa de baja densidad (hojas y ramas) procedente de los aprovechamientos maderables de eucalipto y sobre la que, en la actualidad, no se está realizando otra acción que no sea su abandono en el monte. La idea que estamos aplicando en el proyecto EUCALYPTUS es emplear la tecnología de pirólisis -proceso por el cual se transforma la biomasa en ausencia de oxígeno- en un gas combustible que podrá aprovecharse en un motor para la obtención de energía eléctrica y térmica. Además, en este proceso se obtiene un subproducto sólido, el biochar, que se empleará en los montes como enmendante del suelo y mejorará sus propiedades.
Las razones por las que seleccionamos la biomasa de eucalipto y el lugar en el que se está realizando la construcción de la planta de demostración que es Tineo (Asturias), son principalmente porque la especie seleccionada cuenta con una gran presencia en la zona, alrededor de 53.000 ha. Sin embargo, esta experiencia es fácilmente replicable a otras zonas y a otros tipos de biomasa.
Sólo hay que fijarse en la superficie forestal arbolada existente, que sólo en España asciende aproximadamente a 18 millones de hectáreas, un 33% más que hace 25 años. Y también, sólo en España, se producen 6 millones de toneladas de residuos forestales en sus montes. Son números que en nuestra cabeza deberían hacer multiplicar por mucho las expectativas de aprovechamiento de esta biomasa y los beneficios que ello produce. No sólo hay que tener en cuenta el valor añadido que aportan los productos generados, sino también la creación de empleo que lleva asociado. El factor humano es importante, debido al progresivo abandono de las actividades “agrosilvopastorales” que se han producido en los últimos años, debido al éxodo rural.
Por tanto, quedémonos con algo positivo: la biomasa forestal puede generar una gran cantidad de beneficios. Ahora ¿sigues pensado que la biomasa es un residuo?
El pasado mes de noviembre asistí a la celebración del tercer congreso de la Big Data Value Association (BDVA) en Valencia (España). La BDVA es una organización autofinanciada sin ánimo de lucro que representa a la parte “privada” de la PPP (Colaboración Público-Privada) Big Data Value, siendo la Comisión Europea la parte “publica” de dicha colaboración. La PPP, operativa desde 2015, tiene como principal objetivo impulsar la investigación, el desarrollo y la innovación europea dando valor a grandes cantidades de datos.
Dentro de la PPP la asociación BDVA busca:
Fortalecer la competitividad y asegurar el liderazgo industrial de los proveedores y usuarios finales de los sistemas y servicios basados en tecnología de Big Data;
promover la mayor y mejor utilización de las tecnologías y servicios de Big Data para uso profesional y privado;
establecer la excelencia de la base científica de creación de valor a partir de Big Data.
La BDVA cuenta actualmente con más de 150 miembros de 27 países diferentes y organiza su actividad alrededor de 9 tareas principales: Programa, Impacto, Comunidad, Comunicación, Policita y Sociedad, Técnica, Aplicación, Negocio, Habilidades y Educación.
Durante 2016 se convocaron las primeras “calls” promovidas por la PPP desde del programa H2020. En enero de 2017, los proyectos aprobados celebrarán sus reuniones de lanzamiento. Uno de esos proyectos, en el cual participa CARTIF, es el proyecto Transforming Transport. Nuestras tareas técnicas estarán relacionadas principalmente con el Análisis de los Datos (Data Analytics) y el acercamiento de las técnicas Big Data al entorno real de uno de los pilotos.
La aplicación de técnicas de Análisis de Datos y/o algoritmos de Inteligencia Computacional no es nueva para CARTIF. A lo largo de los últimos años hemos realizado diferentes proyectos en el ámbito del transporte. Todos ellos tenían en común un enfoque basado en el Análisis de Datos para valorizar el conocimiento y la experiencia acumulada en las empresas, que no es aprovechada de forma sistemática por múltiples razones.
Entre estos proyectos estaba el OPTIRAIL, que desarrolló un marco de trabajo inteligente basado en conocimiento que diera apoyo a la toma de decisiones a las empresas de mantenimiento ferroviario.
En el proyecto PREFEX se implementaron modelos computacionales basados en técnicas de inteligencia computacional que permitían caracterizar el frente de excavación y predecir su futura evolución, o GEOMAF, cuyo principal objetivo fue el desarrollo de nuevas herramientas de gestión de las operaciones de mantenimiento ferroviario tanto en infraestructura como en superestructura.
Técnicamente, el proceso de análisis de datos se realiza a partir de los datos (monitorizaciones, información histórica, etc…) y del conocimiento (experiencia) de un experto del dominio. Un empleo adecuado de dichos recursos en base a las metodologías de inteligencia computacional y otras relacionadas, hace posible extraer, modelar, validar y transferir un conocimiento que permitirá a las compañías involucradas generar un mayor valor añadido a su actividad y servicios.
Aun así, la aplicación de las técnicas de análisis de datos a entornos industriales reales ha estado por debajo de lo esperado hasta el momento, por lo que es necesario seguir divulgando los beneficios que técnicas de este tipo pueden aportar tanto en el ámbito social como en el entorno industrial y de servicios. Gracias a la BDVA y a eventos como el celebrado en Valencia, está difusión tan necesaria llega cada vez a oídos de un mayor número de empresas.
En una primera aproximación al mundo de la RA, establecimos las diferencias entre las tecnologías de realidad mixta, aumentada y virtual. En esta segunda entrega, vamos a repasar las aplicaciones que ya se están haciendo de estas realidades en el sector salud.
Visualización de datos médicos
Aplicaciones cuyo objetivo es el visionado ágil de datos de pacientes como ultrasonidos, imágenes de tomografía… obteniendo una visión más precisa de esos datos, mejorando diagnósticos y facilitando la toma de decisiones para posibles intervenciones quirúrgicas.
Sistema de visionado de ultrasonidos de Victor Skobov
Simulación y entrenamiento
La RV no necesita que el paciente humano esté presente, ya que se ocupa más de la simulación fuera de línea. Esto lo hace muy adecuado para el entrenamiento.
El simulador llamado LapSim emula una cirugía real con la técnica de laparoscopia usando un dispositivo háptico que permite reproducir las sensaciones de los movimientos realizados.
Cirugía
Tanto la RA como la RV son capaces de mejorar la cirugía permitiendo la preparación de la misma con datos del paciente y probar previamente diversas técnicas para elegir la más conveniente. A su vez, es capaz de guiar y marcar información relevante durante el desarrollo de la operación, consiguiendo cirugías más eficaces y menos invasivas.
El Sistema MEVIS permite preparar una cirugía utilizando imágenes en 3D de rayos X y tomografías para reconstruir las ubicaciones de los vasos sanguíneos. Además, durante el desarrollo de la misma, es capaz de superponer los datos de planificación y mostrar el sistema de vasos en diferentes colores
Diagnóstico, terapia y rehabilitación
La RA y la RV tienen una clara aplicación en pruebas para diagnóstico de enfermedades, tratamiento de fobias y apoyo e incentivo en la rehabilitación, generando situaciones virtuales y seguras.
Sistema de tratamiento de fobias a las arañas de Phobos Center
Otro ejemplo sería el Sistema de rehabilitación para la plataforma de salud Tratamiento 2.0 realizado por CARTIF. Este sistema permite gestionar ejercicios de rehabilitación para los pacientes por parte del personal sanitario mientras los pacientes realizan los ejercicios a modo de juego en su casa con el uso de una webcam. El sistema registra la evolución del tratamiento y la realización de los ejercicios.
Servicio de Rehabilitación (SER) de CARTIF para plataforma Tratamiento 2.0
Sistema de evaluación emocional desarrollado por CARTIF. En este caso, el sistema genera situaciones y emociones a través de un avatar humano. Estas emociones deben ser identificadas por personas con esquizofrenia. Se puede utilizar en diagnóstico, en tratamiento y evaluación del progreso.
Sistema evaluador de emociones desarrollado por CARTIF
Educación
En este aspecto, la RA proporciona un nuevo canal que permite mejorar el aprendizaje proporcionando otros puntos de vista sobre el conocimiento. Un buen ejemplo son los libros que, por medio de aplicaciones móviles, permiten ver partes de la anatomía en 3D.
Libro de anatomía con realidad aumentada
Por otra parte, conviene recordar que el uso de estas tecnologías se sustenta en una serie de técnicas. Cualquier avance en estas técnicas mejora enormemente las tecnologías. Las principales técnicas usadas son:
Registro de la información y seguimiento. Es muy importante posicionar al usuario para poder ubicar correctamente los contenidos en su entorno, aunque el usuario o los objetos se muevan o incluso se tapen parcialmente. Esto se realiza por medio de marcas visuales como “bidis” que son identificadas por el sistema y permiten ubicar con precisión los contenidos.
Pantallas de visualización. Permiten la integración entre lo real y lo virtual. La técnica más llamativa es el uso de pantallas en la cabeza (gafas inteligentes) que permite al usuario poder ver el mundo físico a través de la lente y superponer información gráfica en el campo de visión del usuario reflejándola en sus ojos. Otras técnicas son pantalla en mano (móviles o tabletas) que captan el mundo físico con una cámara y superponen sobre el video la información gráfica. La proyección espacial hace uso de proyectores digitales para mostrar información gráfica sobre los objetos físicos.
Pantalla en la cabeza
Pantallas transparentes. Sistema de guiado (STAR)
Interacción. Para interactuar con estos sistemas se suelen usar las típicas interfaces como pantalla táctil, ratón, teclado o interfaces más avanzadas y específicas como guantes, interfaces cerebrales o utensilios propios de la simulación como material quirúrgico.
Como hemos visto, la RA y la RV tienen un potencial prometedor para usarse en aplicaciones médicas, ya que proporcionan una integración perfecta de la visualización de datos con el cuerpo del paciente. Esto permite mejorar los métodos de diagnóstico y tratamiento médicos. Aún existen limitaciones tecnológicas, sobre todo en las pantallas y el registro de datos, que hacen que esta tecnología no tenga todavía una aplicación clínica realista en un entorno médico regular, pero el progreso en I+D y el interés de los usuarios es alentador.
Por último, es necesario resolver un gran reto que se suele pasar por alto y es el hecho de mejorar la usabilidad real de estos sistemas, evitando la sobrecarga sensorial y haciendo que la experiencia de visualización sea más controlable, sencilla, ágil y transparente para que la única preocupación del personal sanitario sea el paciente.
Empezamos el año cumpliendo la promesa de escribir una segunda parte del post “Sin azúcar, por favor” sobre las posibles alternativas para elaborar alimentos sin sacarosa o “azúcar de mesa”, el edulcorante más utilizado en el mundo industrializado.
Como por pedir que no quede, esta fue mi “carta tecnológica” a los Reyes Magos:
Queridos Reyes Magos:
Como sabéis, la búsqueda de alternativas a la sacarosa es un tema de interés general para la industria alimentaria, consumidores, investigadores, profesionales de salud, etc. Por eso este año, en el que me he esforzado en encontrar la manera para desarrollar alimentos más saludables, quería pediros un edulcorante muy especial. En primer lugar me gustaría que ese edulcorante aporte un dulzor equivalente a la sacarosa, que fuera incoloro, no cariogénico y, por supuesto, que no aporte calorías.
Desearía que su sabor fuera limpio y con el tiempo no aportara sabores extraños. Que sea soluble en agua y estable tanto en medios ácidos como básicos para un amplio rango de temperaturas.
Pensando en la industria, lo ideal sería que pudiera procesarse de forma similar a la sacarosa para que puedan seguir utilizando el mismo equipamiento. Me encantaría que pudiera incluirlo en cualquier matriz alimentaria y que no perjudique la vida útil del producto final.
Como sois magos y muy majos, también quiero que su precio sea competitivo en relación a la sacarosa y fácil de producir, almacenar y transportar. Y para terminar, por favor lo más importante de todo, es que sea SEGURO para toda la población. Me refiero a que no sea tóxico y se metabolice sin producir ninguna alteración no deseada.
Pues nada, muchas gracias y, si cumplís lo que os pido, os prometo que el año que viene tendremos el carbón dulce más sano del mundo!
Con cariño,
María
Así que yo envíe mi carta muy emocionada y el día 6 de enero los niños que siempre se levantan a las 8 de la mañana, vinieron a despertarme gritando: Mamaaá!, los Reyes Magos te han dejado una carta! Tenían razón, los mismísimos Reyes Magos se habían molestado en responder a mi carta y esto es lo que decían:
Querida María:
Hemos recibido tu carta y estamos muy orgullosos de que en CARTIF sigáis apostando por una alimentación más saludable pero, tenemos que decirte que aunque somos magos, no hacemos milagros. Sentimos comunicarte que por el momento no existe el edulcorante ideal que describes en tu carta. Solo podemos aconsejarte que utilices de forma inteligente los edulcorantes que tienes. Combínalos entre ellos para conseguir un efecto sinérgico y así utilizar menos cantidad.
Si buscas edulcorantes sin calorías o menos calorías que la sacarosa tienes los edulcorantes intensivos y los polialcoholes, aunque sabemos que les vas a poner pega,s como que han suscitado polémicas sobre sus efectos en la salud, que pueden dar sabores extraños y que se etiquetan como aditivos.
Nos han llegado noticias del “Stevia-boom” que está viviendo la industria alimentaria. Si tienes ocasión, nos gustaría que transmitieras que, aunque la stevia es de origen vegetal (E-960) esto no significa que sea “natural”. Recuerda que todo o nada es veneno y que la diferencia está en la dosis. Ten presente que también puedes utilizar fibras solubles como la inulina y la polidextrosa que, aunque aportan menos dulzor, fermentan la microbiota intestinal actuando como prebióticos, aportan pocas calorías y no se etiquetan como aditivos.
Y antes de despedirnos, como sabemos que no te ha tocado la lotería, sigue animando a las empresas para que desarrollen productos con un perfil nutricional más equilibrado.
La tecnología está muy presente en nuestras vidas. Prueba de ello es el uso cada vez más intensivo de ordenadores, teléfonos inteligentes, tabletas y vídeo juegos. La tecnología nos ayuda en las tareas diarias y nos proporciona entretenimiento y diversión, pero también puede mejorar campos como la medicina y la salud ayudando a comprender conceptos, formando e incentivando tanto a pacientes como al personal sanitario.
Tecnologías como la realidad virtual, realidad aumentada y realidad mixta han sido introducidas en nuestras vidas sobre todo a través de los vídeo juegos y poseen mucho potencial para su implementación el mundo de la salud. A todo el mundo nos suenan estos conceptos, pero vamos a comentar estos términos para evitar confusiones.
La realidad mixta (RM) consiste en combinar el mundo virtual y el mundo real, creando espacios donde interactúan objetos y personas virtuales con reales y viceversa. El grado de mezcla entre estos dos mundos da lugar a los conceptos que conocemos como realidad aumentada y realidad virtual.
La realidad aumentada (RA) es una simplificación de la realidad mixta donde se estimula al usuario con contenidos virtuales en tiempo real.
La realidad virtual (RV), sin embargo, consiste en la interacción virtual con objetos virtuales en un entorno virtual.
La tecnología de realidad aumentada (RA) y realidad mixta (RM) tiene un amplio campo de trabajo en el ámbito médico, como por ejemplo, la fusión de los datos de la exploración médica en 3D con la vista del paciente que permite mejorar la precisión en los diagnósticos. La RA tiene una aplicación clara en el apoyo a la cirugía, mientras que la RV es más adecuada para una simulación sin el paciente real. Cualquiera de estas tecnologías se puede utilizar para la formación de médicos y estudiantes de medicina, ya que mejoran la situación y la conciencia espacial del practicante. Además, el paciente también puede ser apoyado por una variedad de aplicaciones a través de esta tecnología enfocadas a formación, tratamiento, rehabilitación…
El uso de estas tecnologías en diferentes aspectos de la medicina ha sido frecuente en los últimos años. Una vez explicados los conceptos, dedicaré mi próximo post a la aplicación de estos tres tipos de realidades en el sector salud.
