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La modelación matemática puede ayudar a predecir fenómenos naturales o sociales

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Tiene un reto importante para su aplicación en sistemas biológicos por su nivel de complejidad e históricamente han influido en el desarrollo de nuevas tecnologías

Cada día el portal de OMS ofrece datos actualizados sobre la epidemia del Covid-19; en México la Secretaría de Salud, a través de esquemas estadísticos expone su comportamiento y esas herramientas tienen su origen en modelos matemáticos.

Esas herramientas son construcciones mentales abstractas que simplifican la realidad y se traducen en ecuaciones para entender cómo funciona la naturaleza o un fenómeno en particular con la finalidad de entender su comportamiento.

Además, han influido en el desarrollo de nuevas tecnologías, por ejemplo, los viajes espaciales, porque antes de emprenderlos se hacen simulaciones para predecir todas las variantes, lo mismo sucede con la producción de un vehículo, la predicción del clima o el desarrollo de una vacuna para el Covid-19 que requiere de muchas pruebas previas; la modelación matemática se encuentra prácticamente en todo.

Desde siempre se han usado para predecir. Los mayas tenían una capacidad predictiva impresionante acerca de los fenómenos astronómicos, lo mismo sucedió con la cultura india, asiria o egipcia. Issac Newton desarrolló los primeros modelos matemáticos dinámicos a diferencia de los cinemáticos, usados antes de él.

Los modelos cinemáticos analizan datos para encontrar tendencias y a partir de ellas hacer predicciones; un ejemplo de ello son los mayas que analizaron la repetición de patrones hasta encontrar regularidades y tendencias. Los dinámicos además de buscar patrones, pretenden encontrar relaciones causa-efecto así, al conocer las causas, saben cómo cambian y se puede predecir los efectos, sostuvo Moisés Santillán Zerón, investigador del Cinvestav Unidad Monterrey 

Una herramienta muy usada para diseñar modelos matemáticos cinemáticos es la estadística, porque a partir de ella se pueden encontrar patrones o tendencias y hacer predicciones; eso se hacen en las bolsas de valores. También se usa los modelos dinámicos para predecir efectos; las dos técnicas se pueden combinar utilizando la estadística para estimar los parámetros de los modelos dinámicos y poder hacer predicciones.

En los sistemas biológicos estos modelos tienen un reto importante para su aplicación por su nivel de complejidad, que involucra una cantidad de componentes muy grande.

Esta situación explica por qué el uso de modelos matemáticos en biología no ha sido tan exitoso, aunque se han utilizado desde hace mucho tiempo y ya han logrado avances importantes, incluso el modelo de Hodgkin y Huxley que explica el potencial de acción en las células nerviosas obtuvo el Premio Nobel de Medicina o Biofísica en 1963.

Al ser construcciones abstractas lo modelos matemáticos tienen que ser simplistas, sin demasiados detalles; deben plantear de manera definida cuál es la pregunta a responder y con ella en mente diseñar el modelo adecuado para ayudar a contestarla; por ejemplo, estas herramientas pueden tratar de responder diferentes preguntas sobre el fenómeno del coronavirus y para cada una existen diferentes variables.

Los modelos matemáticos pueden responder a preguntas de índole biológico para entender cómo funciona el coronavirus a escala molecular; analizar su genética; comprender la infección dentro de la célula; o prever sus efectos en el organismo.

Para ese tema se debería considerar variables como la cadena de RNA, polimerasas, alineación de los nucleótidos, reacciones químicas que aumentan o disminuyen ciertas células, conteo de virus en sangre o parámetros fisiológicos como temperatura, número de glóbulos blancos y su cambio en el tiempo, entre otras. 

En aspectos sociales como el comportamiento de una epidemia sus variables serían el número de personas sanas, susceptibles de ser infectadas, infectadas y recuperadas, disposición de camas de hospital, recursos médicos o movilidad de la población, por mencionar algunas.

“No existe un modelo matemático para todo y se debe tener muy claro cuál es la pregunta para responder y después de acuerdo a ella determinar las variables y cuáles serían las herramientas más convenientes para tratar de resolverla”, explicó Santillán Zerón.

En México, las autoridades están consciente de la importancia de las matemáticas para el control de la epidemia de Covid-19, porque la epidemiologia es un área de la biología donde la modelación matemática ha jugado un papel muy importante y un especialista de la disciplina debe tener un entendimiento profundo de ecuaciones diferenciales y de modelación matemática para este tipo de fenómenos.

En otras áreas lo tomadores de decisiones deberían de hacer un mejor uso de los expertos en matemáticas que hay en el país, porque pueden ayudar en la solución de problemas que depende de la participación de todos, señaló Moisés Santillán Zerón

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Científicos mexicanos crean biosensor con nanopartículas de oro para detectar hipertensión arterial

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Científicos mexicanos del Instituto Politécnico Nacional (IPN) desarrollaron un biosensor para detectar de forma temprana la hipertensión arterial, un trastorno grave que afecta a millones de personas en el mundo.

El dispositivo, diseñado con nanopartículas de oro y acoplado a un anticuerpo, permite diagnosticar el padecimiento a través de una muestra de sangre y con ello evitar la muerte de personas por este problema, que provoca complicaciones cardiovasculares y renales, informó hoy martes el IPN en un comunicado.

De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), la hipertensión es una de las causas principales de muerte prematura en el mundo.

El proyecto es liderado por la experta de la Escuela Nacional de Medicina y Homeopatía (ENMH) del IPN, Doris Cerecedo Mercado, quien descubrió que las personas hipertensas tienen una sobreexpresión de la proteína encargada de transportar la sal al interior de las plaquetas (células sanguíneas).

“Correlacionamos el nivel de fluorescencia con la cantidad de la sobreexpresión de la proteína presente en las plaquetas de muestra de 25 pacientes hipertensos y 25 personas sanas, en quienes la expresión fue menor”, explicó Mercado.

La investigadora dijo que los experimentos con las nanopartículas son muy específicos y permiten profundizar los estudios, a fin de conseguir que el biosensor sea una prueba diagnóstica de rutina accesible para los laboratorios del sistema público y privado, los cuales podrán conocer el diagnóstico al leer las muestras de sangre.

“La detección temprana de la hipertensión permitirá ofrecer un tratamiento oportuno a los pacientes para que tengan una mejor calidad de vida”, sostuvo Mercado.

La doctora refirió que el biomarcador representa una innovación en el terreno del diagnóstico clínico, por lo que ya cuenta con el registro de protección ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).

“El desarrollo del biosensor ya fue publicado en una revista científica de prestigio internacional y, como producto de la línea de investigación, se han generado una tesis de doctorado y dos de maestría; además está en proceso dos más de maestría”, expresó Mercado.

El proyecto se realiza en colaboración con la doctora Beatriz de la Mora Mojica del Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y la doctora Diana García Rubio, experta en biotecnología de la ENMH del IPN.

(Fuente: Xingua)

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Científicos logran crear los «cristales de tiempo», un nuevo estado de la materia

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  • Un grupo de investigadores alemanes y españoles lograron demostrar la existencia de los cristales de tiempo. La teoría fue propuesta por el científico estadounidense Frank Wilczek, premio Nobel de física.


Científicos de la Universidad de Granada -España- y de la Universidad de Tübingen -Alemania- han descubierto una forma de crear cristales de tiempo, una nueva fase de la materia que emula una estructura cristalina en la cuarta dimensión, el tiempo, en lugar de solo en el espacio, a partir de fluctuaciones extremas en sistemas físicos de muchas partículas.

Los cristales de tiempo son un nuevo estado de la materia propuesto recientemente por Frank Wilczek, premio Nobel de física e integrante del Massachusetts Institute of Technology (MIT), en Estados Unidos. El hallazgo es especialmente relevante, explicaron los investigadores, en campos como la metrología, para el diseño de relojes más precisos, o en computación cuántica, donde los cristales de tiempo pueden utilizarse para simular estados fundamentales o diseñar ordenadores cuánticos más robustos.

En los cristales de tiempo -cuya existencia se sugirió por primera vez en 2012-, los átomos repiten un patrón a través de la cuarta dimensión, el tiempo, a diferencia de los cristales normales (como un diamante), que tienen átomos dispuestos en una estructura espacial repetitiva, ha informado la Universidad de Granada. Estos nuevos cristales temporales se caracterizan por realizar un movimiento periódico en el tiempo.

Los investigadores, entre ellos Rubén Hurtado Gutiérrez, Carlos Pérez Espigares y Pablo Hurtado, del departamento de Electromagnetismo y Física de la Materia de la Universidad de Granada, demuestran en este estudio que ciertas transiciones de fase dinámicas que aparecen en las fluctuaciones raras de muchos sistemas físicos rompen espontáneamente la simetría de traslación en el tiempo. 

Los científicos han propuesto un nuevo camino para usar este fenómeno natural para crear cristales de tiempo. Para realizar las simulaciones de este trabajo los científicos han empleado el superordenador Proteus, perteneciente al Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la Universidad de Granada, considerado uno de los superordenadores de cálculo científico general más potentes de España.

«La relatividad de Einstein nos enseñó que el tiempo es de alguna manera flexible, y que está inextricablemente unido al espacio en un todo que conocemos como espaciotiempo», explicó el investigador Pablo Hurtado.

Esa unificación es, sin embargo parcial, ya que el tiempo sigue siendo especial en muchos sentidos, indica el científico, que pone como ejemplo que «podemos movernos adelante y atrás entre dos puntos cualesquiera en el espacio, pero sin embargo no podemos visitar el pasado; el tiempo tiene una flecha, mientras que el espacio no tiene tal flecha».

En su estudio, los científicos proponen una ruta inexplorada hasta ahora para construir cristales de tiempo, basada en la observación reciente de ruptura espontánea de la simetría de traslación temporal en las fluctuaciones de sistemas de muchas partículas. Los resultados, dijeron los investigadores, son importantes porque abren un camino inexplorado para entender mejor el tiempo y sus simetrías, mientras que, a nivel práctico, enseñan nuevas formas de crear cristales de tiempo.

(Agencias EFE, Infobae, Granadahoy)

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Mexicana de la NASA comparte su historia en BOWLS 2020

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La ingeniera mexicana que apuntó a las estrellas y las alcanzó, hoy trabaja en la NASA y comparte su experiencia para inspirar a jóvenes

“Apunta hacia la luna; si fallas, al menos estarás entre las estrellas”, dijo alguna vez el célebre astronauta Neil Amstrong, ídolo de la mexicana Ali Guarneros, quien lleva diez años laborando en el Centro de Investigación Ames en la reconocida agencia estadounidense.

La ingeniera aeroespacial ofreció una plática inspiradora acerca de su historia y las lecciones que ha aprendido en el camino durante la octava edición del congreso Building Our World Leadership Summit (BOWLS), organizado por la asociación Dar Más por México del campus Santa Fe.

La mujer de 47 años, además de contagiar la pasión que siente por la ingeniería y el espacio, invitó a la audiencia a una profunda reflexión: “¿Cuál es el impacto en tí de tus huellas? ¿Y en tu comunidad, en tu familia o en tu país? Tú tienes el poder de definir su alcance”, dijo mientras mostraba una imagen de las huellas de Neil Amstrong en la Luna.

Guarneros ha participado en un sinfín de proyectos de la NASA. Desde el icónico lanzamiento de la nave SpaceX Dragon, hasta el desarrollo del sistema de despegue del satélite Kepler, cuya misión fue buscar planetas con características similares a la Tierra.

Ali, también ha diseñado robots destinados a la investigación y exploración científica de la Antártida.

Kenia Adame, estudiante de Mercadotecnia y Comunicación y co-coordinadora de BOWLS 2020, habló con CONECTA sobre la importancia de escuchar a mujeres exitosas como Ali Guarneros dado el panorama actual.

“Hoy en día todavía existen muchas ideas erróneas sobre las mujeres y sobre lo que podemos hacer. Ali es una inspiración para niñas y mujeres de todas partes, su historia es una invitación a alcanzar nuestras metas sin importar nuestro género”, señaló.

La estudiante del Campus Santa Fe aseguró que Ali Guarneros es la representación ideal de lo que el congreso busca transmitir: la idea de que los sueños se pueden hacer realidad a pesar de las dificultades.

“El único objetivo de BOWLS es inspirar y motivar a las personas. Creo que justo en este momento de incertidumbre era un evento muy necesario”, agregó.

Una odisea hacia el espacio

Si existe una persona indicada para hablar de aprendizajes y motivar a superar las adversidades, es Ali. Su vida ha sido toda una odisea.

Originaria de la CDMX y hermana mayor de cuatro, vivió a la corta edad de 12 años el terremoto de 1985, en el que fallecieron algunos de sus familiares y amigos cercanos. Poco tiempo después, su madre tomó la decisión de mudarse a Estados Unidos, donde la joven Ali se enfrentó a un país, un idioma y una cultura extrañas.

Guarneros tuvo que dejar de lado la escuela para atender sus responsabilidades como hermana mayor, por lo que empezó a trabajar siendo aún menor de edad. Estudiar una carrera no figuraba entre sus planes, sobre todo cuando se convirtió en madre de cuatro.

Pero todo cambió cuando dos de sus hijos fueron diagnosticados con necesidades especiales. “Entonces decidí estudiar una carrera. Lo vi como una salvación para la vida de mis hijos, para tener una mejor calidad de vida y estabilidad económica”, dijo durante su ponencia.

Ella no lo sabía, pero esa decisión cambió su vida para siempre. Gracias a su profunda determinación logró concluir sus estudios y trabajar en dos lugares distintos al mismo tiempo que cuidaba a sus cuatro hijos. Finalmente, siguiendo el consejo de un profesor que la incentivó a explotar su potencial, aplicó para una estancia en la NASA.

Al principio, la mexicana tuvo muchas dudas. “No soy lo suficientemente inteligente, ya soy muy grande, tengo muchos hijos”, pensó. Sin embargo la aceptaron al mes de haber aplicado, y lo demás es historia.

“Se supone que la estancia duraba tres meses, pero la extendían cada vez que el plazo acababa. Una vez que pisé la NASA ya no me fui”, agregó.

Tips para alcanzar nuestros sueños

Al final de su conferencia, Ali Guarneros compartió con los asistentes algunas recomendaciones para seguir adelante y alcanzar nuestros sueños:

  1. Sueña en grande y aprende.
  2. Establece tus objetivos a corto y largo plazo.
  3. No tengas miedo y edúcate.
  4. No dejes que las circunstancias definan tu vida, tú defines tu destino.
  5. Siempre espera lo mejor, sé agradecido y sé tu mismo.
  6. Trata a los demás como quieres que te traten.
  7. Sé persistente y no te rindas.

(Fuente: tec.mx)

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