La manufactura aditiva forma parte importante en los procesos de diseño y fabricación de prototipos. Optimiza los procesos de desarrollo, pasando de conceptualización de una idea a un modelo físico, en poco tiempo. Este trabajo se enfoca en caracterizar un ensamble entre un inserto metálico instalado en caliente sobre una probeta impresa en 3D. Utilizando simulación computacional, se determinan los esfuerzos mecánicos resultantes en los puntos de acoplamiento de un fixture, al aplicar una fuerza de 160.1 N. Los resultados se comparan con resultados de un experimento multifactorial completo 3 factores 2 niveles. Los datos evidencian que los ensambles de inserto-probeta que utilizan el agujero #13, temperatura baja y material termofijo tienen mayor resistencia de tracción. Las probetas analizadas cumplen satisfactoriamente con el requerimiento de cargas mecánicas esperadas para el fixture. Las configuraciones de mayor resistencia a la tracción presentan fallos por concentración de esfuerzos sin desprendimiento del inserto. Se recomienda minimizar la concentración de esfuerzos mecánicos durante el diseño y utilizar las configuraciones de parámetros resultantes para maximizar el rendimiento de tracción de los acoplamientos.

Hay un número cada vez mayor de personas con amputaciones y reducciones traumáticas y congénitas de la extremidad superior. Las necesidades protésicas son complejas debido a las necesidades únicas del paciente y los recursos financieros de las familias juegan un papel crucial en la prescripción de prótesis, especialmente cuando el seguro privado y el financiamiento público son insuficientes. Se han desarrollado dispositivos eléctricos (es decir, mioeléctricos) y accionados por el cuerpo (es decir, mecánicos) para satisfacer las necesidades de los pacientes, pero el costo de mantenimiento y reemplazo representa un obstáculo para muchas familias. Debido a la complejidad y el alto costo de esta prótesis de miembro superior, no son accesibles para pacientes de familias de bajos ingresos, no aseguradas o de países en desarrollo. Los avances en el diseño asistido por computadora (CAD), la fabricación aditiva y el software de edición de imágenes ofrecen la capacidad de diseñar, imprimir y simplemente dispositivos protésicos de mano a un costo muy bajo. El propósito de este trabajo de investigación fue diseñar una prótesis tridimensional (3D) de miembros superiores de bajo costo. Este proyecto busca proporcionar una solución alternativa mediante el diseño de un dispositivo basado en la nueva tecnología 3D. Las entrevistas con expertos en el campo, así como la investigación de la literatura relacionada con el área de estudio se ejecutaron durante la investigación. El resultado muestra que es posible crear prótesis personalizadas de bajo costo, como una solución útil para pacientes de bajos ingresos con la ventaja de una construcción rápida y fácil montaje.

Obtención, caracterización y evaluación de biomateriales: colágeno tipo I y nanopartículas de propóleo y tinospora, para aplicaciones en tejidos biomiméticos.

Surge a partir de la búsqueda de la solución para diversas patologías dérmicas, dado que se han desarrollado estudios y tejidos artificiales con matrices de diferente naturaleza, sin embargo éstas resultan ser, por lo general, soluciones muy costosas y complejas.

Por esta razón, se ideó obtener un tejido biomimético, es decir, que imita la estructura nano y micrométrica de los tejidos vivos, a través del autoensamblaje de proteínas, que al provenir de fuentes naturales puedan resultar menos costosos, logrando obtener colágeno tipo I, una de las principales proteínas presentes en los vertebrados, a partir de desechos animales, específicamente tendones de cola de rata. Se realizó así un estudio completo de su autoensablaje y propiedades, único desde el punto de vista térmico y energético pues se logró obtener el calor de agregación y las entalpías asociadas a este proceso de autoensamblaje de proteínas, mediante las técnicas Calorimetría Isoterma de Titulación (Nano-ITC) y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC).

También se utilizaron productos naturales como propóleo y tallos de tinospora y a partir de estos extractos naturales se obtuvieron nanopartículas en disoluciones de diferentes concentraciones, que resultaron citocompatibles. El propóleo es una resina cerosa preparada y transformada por las abejas (Apis Mellifera L.) recolectada a partir de diferentes especies de plantas, mientras que la tinospora cordifolia, también conocida como Guduchi, es un arbusto caducifolio de escalada, que se encuentra en la India, especialmente en las partes tropicales, y en algunas partes de China, Burma, y Sri Lanka. Ambos productos tienen en común la versatilidad en actividades biológicas gracias a sus propiedades por las cuales han sido objeto de estudio, como agentes antioxidantes, antimicrobianos, antiinflamatorios, antifúngicos, inmunoestimulantes, antitumorales, entre otros.

Para esta investigación se llevó a cabo la extracción de los compuestos activos y su caracterización, sin embargo se eligieron nanopartículas de propóleo para colocar sobre el colágeno, debido a su mayor disponibilidad, con el objetivo de generar un biomaterial compuesto capaz de funcionar como una alternativa natural para el tratamiento de tejidos, con una capacidad regenerativa más efectiva gracias a la función de las nanopartículas y menos costoso que algunos parches utilizados hoy en día.

La mayoría de los ensayos se realizaron en las instalaciones del Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LANOTEC), y con la colaboración de instituciones como Laboratorio de Ensayos Biológicos (LEBI) de la Universidad de Costa Rica, Laboratorio de Investigación y Tecnología de Polímeros (POLIUNA) de la Universidad Nacional, y Centro Nacional de Innovaciones Biotecnológicas (CENIBiot) del Centro Nacional de Alta Tecnología, Entre las principales técnicas empleadas figuran la Espectroscopía Infrarroja (FT-IR) para verificar la composición de los extractos y el tejido biomimético obtenido a partir de autoensamblaje de proteínas, electroforesis de gel de poliacrilamida (SDS- Page) para determinar el peso molecular de los materiales, Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) para determinar las temperaturas de fusión y cristalización de los materiales, Termogravimetría (TGA) para el estudio de la estabilidad térmica de los materiales, Microscopia de Fuerza Atómica (AFM) y Microscopía Diferencial de Barrido (SEM) para determinar la morfología de los materiales, Equipo de Análisis Dinamo-Mecánico- Térmico (DMTA) y Máquina de Ensayos Universales, para determinar pruebas de compresión, tensión, flexión, módulo de Young, módulos de almacenamiento elástico y viscoso del tejido biomimético (G´y G”).

Se demostró así que el material compuesto cumple con las características requeridas para las aplicaciones establecidas, llegando a la conclusión de que es posible generar un apósito biológico con buenas características térmicas, dinámicas y mecánicas, de forma sencilla, utilizando colágeno de tendón de cola de rata como matriz base, y extractos naturales de propóleo, lo que puede convertirse en una solución económica y eficaz, para el tratamiento de enfermedades de la piel y la producción de materiales de alto valor añadido que pueden ser utilizados en la actualidad para la medicina regenerativa.

El presente trabajo es parte de un proyecto macro, cuyo objetivo es el desarrollo de un impulsor axial sin eje central.  Esta geometría es novedosa en cuanto a su utilización en una bomba para sangre.  El proyecto pretende validar por medio de simulaciones numéricas el efecto que la fatiga causa en un impulsor axial sin eje central.  Con el fin de lograr esta validación se emplea el método de elementos finitos en el software COMSOL® de simulación multifísica. 

La realización de este análisis requiere obtener un modelo matemático para representar el sistema en estudio y aplicar como insumos los resultados obtenidos en trabajos anteriores, donde se ha estudiado el dispositivo principalmente en condiciones estáticas.  El propósito del proyecto consiste en la determinación de un material alternativo al platino, con las características mecánicas y de compatibilidad que permitan su utilización en el impulsor sin eje central, pero logrando una reducción de costo del dispositivo. 

Para validar el cumplimiento del nuevo material por seleccionar, se someterá al mismo análisis que al platino, de forma que se logre la comparación de ambos materiales en cuanto a los efectos de la fatiga en el impulsor sin eje central.  Se pretende validar que el diseño sea capaz de soportar las condiciones de operación durante un año, sometido a los esfuerzos propios del ciclo cardiaco y la rotación del impulsor dentro del dispositivo.

Caracterización de la geometría de la zona de subducción, deformación de la corteza y transferencia de esfuerzos en el sur de Costa Rica mediante análisis de datos masivos y simulaciones computacionales

Se plantea descubrir los rasgos más determinantes usados por algoritmos de deep learning con redes neuronales convolucionales (CNN) en la identificación de taxones (especies, géneros y familias) usando como referencia algunas especies de plantas de Costa Rica.

La investigación se apoyará en los resultados de trabajo previo que hemos desarrollado investigadores del grupo PARMA, particularmente en el proyecto “Identificación de Especies de Plantas de Costa Rica Utilizando Visión por Computadora” en el cual se realizó la construcción de dos bases de datos: una con imágenes de hojas de 255 especies de plantas de Costa Rica (HOJASCR) y otra de pliegos de herbario de esas 255 especies de plantas de Costa Rica (PLIEGOSCR). Además, se cuenta con una CNN que exitosamente identifica especies, géneros y familias a partir de las dos bases de datos construidas. Con este proyecto, es la primera vez que se hace un estudio que considere tanto hojas como pliegos de herbario. Hasta ahora, no se ha estudiado el tema con respecto a grupos taxonómicos superiores, como los géneros y las familias, pero esto es muy importante desde un punto de vista práctico: las bases de datos de imágenes disponibles en el mundo son muy dispares con respecto a número de imágenes a nivel de especie pero un poco más uniformemente distribuidas a nivel de taxones superiores.

Los beneficiarios directos serán los taxónomos botánicos, es decir, los científicos que constantemente hacen identificaciones mediante claves de identificación y que podrán contar con una CNN que no solamente sea efectiva sino que tienen un componente explicativo. En segunda instancia, se benefician los procesos de curación de datos en herbarios y, por lo tanto, el flujo de trabajo científico que lleva a la identificación eficiente de especies.

Esto es fundamental para realizar inventarios rápidos y confiables de la biodiversidad, que actualmentne tienen propensión a errores, son lentos y carecen de suficientes taxónomos para hacerlo. También se cuenta con el libre uso de su equipo de alto rendimiento (múltiples GPU) que posee el Centro Nacional de Computación Avanzada del CENAT.

Infraestructura de simulación computacional de plasma para diseño y verificación de dispositivos de confinamiento magnético de tipo Stellarator

Identificación automática de especies forestales maderables de Costa Rica amenazadas, mediante técnicas de visión artificial

Esta investigación generó siete artículos que ya fueron publicados en revistas o congresos con comité editorial y dos más que están en preparación (ver apéndices y resúmenes en Sección 8.1). Por esta razón presentamos este informe técnico de manera resumida enfatizando los resultados de precisión alcanzada en los experimentos para desarrollar la aplicación móvil denominada Cocobolo e indicamos las publicaciones en las que se puede encontrar el detalle sobre aspectos tales como naturaleza del problema, justificación, marco teórico, estado del arte, y otros experimentos, entre otros. 

El objetivo fue comparar y establecer las relaciones de efectividad entre dos técnicas de diseño para el transporte vertical de la luz natural en el interior de las edificaciones. En el primer lugar, se diseñó, construyó, y utilizó un equipo experimental de concentrador demótico con distribución a través de fibra óptica hacia un espacio interior sin ninguna iluminación natural tradicional, para monitorizar su efectividad por medio de un luxómetro digital y un recopilador de datos (Datalogger) de entrada múltiple. En segundo lugar, se monitorizó el rendimiento lumínico de un lucernario tradicional durante un periodo de seis meses. Posterior a la Simulación Generada por computadora, se establecen recomendaciones de diseño.