Bioingeniería
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Ítem Algoritmo para la medición del grado de severidad de tizón temprano causado por Alternaria solani, en hojas de tomate, a partir del análisis digital de imágenes(2021) Oliveros Sabogal, David Santiago; Avendaño Pérez, Jonathan; Escallón Vanegas, Paola AndreaEn Colombia, el tizón temprano es una de las enfermedades más limitantes en el cultivo del tomate, debido a las condiciones ambientales que favorecen su desarrollo y diseminación. Las pérdidas de los cultivos de tomate nacionales por patógenos como Alternaria solani (tizón temprano) varían entre el 40 y 70% que ocasionan en las solanáceas. El método de estimación visual de severidad de la enfermedad, por parte del agricultor o el experto, dependen de variaciones subjetivas y factores externos a sus condiciones físicas, lo que afecta en gran medida el diagnóstico de la presencia y el avance de la enfermedad sobre los cultivos y las plantas de tomate. Por ende, el objetivo de este trabajo es presentar una herramienta informática que permita estimar el porcentaje y grado de severidad de tizón temprano, en hojas de tomate, a partir del análisis digital de imágenes adquiridas en ambiente controlado, con el fin de usarse como herramienta de apoyo para el agricultor y el experto; y de esta manera, evaluar y validar el desempeño del algoritmo creado para su aplicabilidad en el sector agrícola.Ítem Análisis cuantitativo de la terapia percutánea de neuromodulación en el tratamiento de la epicondilitis lateral a partir del análisis del patrón muscular observado con señales de semg multicanal(2021) Valderrama Alfonso, Andrés Felipe; Salazar Díaz, Carlos Mario; Ramírez, Andrés Alberto; Puentes, Carlos AlbertoLa epicondilitis lateral es un desorden osteomuscular que afecta los músculos del epicóndilo, esta patología es catalogada como una de las enfermedades con mayor incidencia en el sector laboral, donde la terapia de Neuromodulación percutánea (TNP) surge como un nuevo enfoque en el tratamiento de epicondilitis, sin embargo, el efecto clínico que presenta esta terapia en el manejo de epicondilitis lateral no está sustentado desde un punto de vista ingenieril que permita soportar su uso clínico. El objetivo principal de este estudio fue analizar cuantitativamente el efecto de la TNP sobre el patrón muscular mediante indicadores de fatiga en los músculos ECR, EDC, ECU y FCR a partir de señales de sEMG multicanal. Como parámetros principales se calculó la dimensión fractal de Higuchi (HFD), entropía aproximada (ApEn), entropía de muestra (SampEn) y frecuencia mediana (MNF) para caracterizar el proceso de fatiga muscular, en donde se obtuvo como principal resultado que no se observaron diferencias significativas en ninguno de los músculos analizados con la aplicación de la TNP (p>0.05). De esta manera, este estudio confirmó los resultados obtenidos por Acevedo (2019) aportando mayor rigor en lo que se refiere al procesamiento de las señales y el análisis de consistencia de los índices utilizados.Ítem Caracterización del gesto deportivo del muscle-up por medio del análisis biomecánico(2022) Bejarano Prada, Diego Alejandro; Carrillo Taboada, Mateo; Meneses Bernal, Jorge EduardoEl deporte de la calistenia es un conjunto de ejercicios que se realizan sin apoyo de equipo complejo y se emplea el peso del cuerpo para realizar los ejercicios. La calistenia cada vez es más conocida y presenta un alto riesgo de lesiones en las diferentes estructuras del tren superior, es por esto por lo que en el presente trabajo se realizó una caracterización biomecánica de carácter cinemático sobre una de las estructuras que más se ven afectadas en este deporte, el manguito rotador. Para esto se partió del entendimiento del gesto deportivo y de la anatomía involucrada en el movimiento, luego se generó el diseño del sistema de medición y se tomaron muestras de la progresión del gesto del muscle-up para finalmente hacer un análisis del comportamiento del cuerpo al generar el movimiento de calistenia. De la primera etapa de desarrollo, se identificaron las variables implicadas en el gesto y se encontró una mayor importancia de la cinemática como método de análisis. Con la metodología de Human centered design y Design thinking, se logró generar una guía adecuada para el desarrollo del proyecto y, por medio de matrices de características y decisión, se identificaron los componentes que mejor se ajustan a los requerimientos tanto del usuario como de ingeniería. Una vez ubicado el sistema en el entorno seleccionado, se procedió a realizar la medición de una serie de sujetos conocedores del muscle-up. Con ayuda de Kinovea se logró dar valores numéricos sobre los movimientos realizados, en términos de las variables seleccionadas, para que de esta forma se pudiera generar un análisis sobre las características del gesto deportivo. Por último, se presentan conclusiones sobre el desempeño de cada sujeto y del sistema mismo.Ítem Construcción de un prototipo de huerta hidropónica doméstica para el cultivo de espinaca(2020) Gómez Camargo, Gilberto Andrés; Meneses Bernal, Jorge EduardoEl crecimiento exponencial de las poblaciones humanas dentro de las grandes ciudades ha generado una necesidad importante de hallar nuevos mecanismos para poder generar alimentos necesarios para toda la población. El siguiente proyecto de grado tiene por objetivo el diseño y construcción de una huerta hidropónica doméstica para el cultivo de espinaca en casa. Para llevar a cabo este objetivo, primero se diseñó el prototipo, posteriormente a esto se construyó, luego su validó su funcionamiento y finalmente se realizaron una serie de comparaciones entre espinacas cultivadas en el prototipo de huerta hidropónica y en matera como lo fueron comparación del valor nutricional y tamaño de las hojas a lo largo del periodo de crecimiento. Como conclusiones de este proyecto se identificó que esta huerta generó un ahorro en el 17% del tiempo, también se identificó una diferencia del 42% en el aporte calórico, siendo mayor en las espinacas cultivadas por hidroponía, demostrando así que este prototipo, construido con materiales de fácil acceso para las personas, mejora la calidad de la espinaca producida mientras disminuye su tiempo de cosecha comparándola con espinaca cosechada en materas.Ítem Desarrollo de una herramienta para cuantificar la emisión de gases de efecto invernadero, a través de mediciones directas en el tratamiento del estiércol equino en la Escuela de Caballería Del Ejército Nacional de Colombia(2023) Mahecha Varón, Mateo Felipe; Sierra Arciniegas, Juan Felipe; Acuña Monsalve, Yudtanduly; Almeida Moreno, Javier AndresLos gases de efecto invernadero provenientes de las actividades ganaderas aportan hasta un 14% de las emisiones globales siendo el 44% de metano (CH4) , el 27% de dióxido de carbono (CO2) y el 29% de óxido nitroso. La fermentación entérica contribuye un 39% y el manejo del estiércol un 25% (Opio et al., 2014). Según el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios ambientales (IDEAM) de acuerdo con el último inventario nacional de gases de efecto invernadero se establecieron 22.8 mega toneladas de CO2 equivalente por parte de la ganadería, estas emisiones son de la fermentación entérica y gestión del estiércol ( Pulido A et al,2017 ). En el presente trabajo de grado se desarrolló un sistema de monitoreo con interfaz IoT para la cuantificación de gases de efecto invernadero metano, dióxido de carbono y ácido sulfhídrico generados a partir de la gestión de estiércol equino en la escuela de caballería del ejército nacional de colombia, por medio de los sensores MQ-4, TGS 2611, MQ-136, SEN 0219 y BME 280. Evaluando el comportamiento de las emisiones en el almacenamiento y posterior a un proceso de digestión anaerobia así como en condiciones controladas en un laboratorio. También se establecieron las estimaciones de gases metano y CO2 equivalente teóricas para la Escuela de Caballería. Se cuantificó la reducción en la carga orgánica del efluente del biodigestor en términos de sólidos volátiles, determinando la capacidad de producción y captura de metano. Se pudo establecer que las emisiones de gases metano, dióxido de carbono y ácido sulfhídrico, tuvieron una reducción entre el 8 - 87 %, 58 - 67% y 33 - 65% respectivamente.Ítem Desarrollo de camas de cultivo elevadas con sistema de riego automatizado y monitoreo de pH y humedad, para el cultivo de rábano Raphanus sativus y lechuga Lactuca sativa en el LEATYER, campus de Chía, Universidad El Bosque(2023) Ballesteros Calvete, Natalia Andrea; Bermúdez Barón, Luisa Fernanda; Lizarazo Peña, Pedro Alfonso; Ballesteros Calvete, Natalia Andrea [0009-0000-7035-120X]; Bermúdez Barón, Luisa Fernanda [0009-0004-0642-1495]El suelo para cultivos del laboratorio de experimentación de agrotecnia y energías renovables (LEATYER) de la Universidad El Bosque ubicado en la sede de Chía, cuenta con la presencia de escombros y desechos sólidos producto de construcciones, por lo que dificulta la realización de cultivos en este medio. Por esto se buscó generar un producto de agricultura urbana implementando el desarrollo de un prototipo de camas de cultivo elevadas y un sistema de automatización de riego y monitoreo para cultivos de lechuga y rábano, tomando como enfoque la tecnificación de camas de cultivo, el control de humedad en suelo, mediante sensores capacitivos y electroválvulas AC y finalmente el monitoreo de pH. El propósito de este trabajo es ilustrar los efectos y la importancia de contar con las condiciones adecuadas en términos de suelo y riego para obtener un cultivo de hortalizas de clima frio exitoso. En la automatización del riego y monitoreo de pH se incorporó la interfaz de usuario que permite la representación gráfica de los valores dados por los sensores y la capacidad de ajustar los criterios de humedad del suelo dependiendo del cultivo que se vaya a establecer. Además de poseer un mecanismo de notificaciones que envía un mensaje por correo electrónico al usuario en situaciones donde dichos valores se encuentren fuera del rango predeterminado. La planificación del proyecto se fundamentó en el enfoque CDIO de ingeniería, donde cada etapa se alineó con los objetivos específicos. Se llevó a cabo un protocolo adecuado que incluyó la conceptualización del LEATYER, el diseño conceptual preliminar y detallado, la implementación y, finalmente, la elaboración del manual de usuario para la operación integral del sistema. El rendimiento de todo el sistema se evaluó mediante la comparación del tamaño, peso y número de hojas en ambas especies, durante 28 días para la lechuga y 20 días para el rábano. El resultado principal se basa en las variaciones obtenidas de los datos registrados en las dos modalidades de camas, elevadas y convencional, en donde se evidenció que en las camas elevadas se presentó mayor homogeneidad en los cultivos, mientras que en la cama convencional hubo presencia de algunos ejemplares mucho más grandes que otros. Esto se debe a que al ser especies de ciclo corto, deben contar con un riego uniforme y controlado de acuerdo con la humedad que necesite el cultivo, ya que esto interfiere en el crecimiento y desarrollo de las raíces. Así mismo se pudo observar que lo cultivos en camas convencionales contaron con la presencia de plagas como la chisa, lo que también afectó su desarrollo y por consiguiente su rendimiento, mientras que en las camas elevadas no. Se demostró la optimización del recurso hídrico en los cultivos, ya que en el riego automatizado la cantidad de agua utilizada fue cercana al requerimiento de cada cultivo, mientras que en el riego manual no, lo cual se evidenció en la evaluación en donde las camas elevadas tuvieron mayor homogeneidad, rendimiento y desarrollo de las plantas a diferencia de los cultivos de las camas convencionales que mostraron heterogeneidad.Ítem Desarrollo de cultivos líquidos de Nostoc ellipsosporum y su evaluación como biofertilizante sobre el desarrollo vegetativo de plantas de fresa (Fragaria sp.)(2022) Claro Duran, Nikcole Daniela; Acuña Monsalve, Yudtanduly; Fajardo Sua, Diana Astrid; Claro Duran, Nikcole Daniela [0000-0002-7458-1624]En el presente trabajo de grado se realizó el rediseño del prototipo de fotobiorreactor a escala de laboratorio producto del proyecto con código PCI-2017-9662 del semillero de Energías Renovables y Autosostenibilidad (ERAS), con el fin de adaptarlo para el cultivo de la cianobacteria Nostoc ellipsosporum. El rediseño del prototipo integró un sistema de monitoreo y control de los principales parámetros que influyen en el proceso de cultivo de Nostoc ellipsosporum, de acuerdo a los requerimientos de la cianobacteria, siendo estos en sus rangos óptimos: pH (6 - 8), temperatura (20 – 25 °C), luminosidad (1200 – 1700 lux, luz blanca), aireación (10 ml/s) y fotoperiodo (12/12). A partir del rediseño del prototipo, su implementación y evaluación, se obtuvieron tres lotes de cultivo de Nostoc ellipsosporum, con un peso seco entre los 3,17 g/L a 4,44 g/L, tras periodos de crecimiento de 15 días desde el establecimiento de cada lote. Así mismo, se confirmó la pureza de cada lote de cultivo mediante observación al microscopio y su inoculación en tubos de 15,0 g/L agar BBM. Los cultivos líquidos obtenidos fueron aplicados sobre plantas de fresa en la etapa de desarrollo vegetativo. Se partió de cinco tratamientos y un ensayo de 10 réplicas para cada uno. Los tratamientos aplicados se formaron a partir de tres concentraciones del cultivo líquido de la cianobacteria (1,5 g/L, 3,0 g/L y 4,3 g/L) y dos controles, uno positivo representado por el fertilizante comercial, y uno negativo representado por agua. Al final de los ensayos, y con un periodo de seguimiento de 35 días, se obtuvo que el tratamiento con mejores efectos sobre las características morfológicas de número de hojas, número de foliolos y el diámetro de la planta, fue el tratamiento compuesto por una concentración de 3,0 g/L del cultivo líquido de Nostoc ellipsosporum. A pesar de que sus efectos no fueron estadísticamente significativos (p > 0,05) respecto a los demás tratamientos, permitió evidenciar el valor de Nostoc ellipsosporum como biofertilizante, especialmente sobre la expresión del diámetro de las plantas.Ítem Desarrollo de dispositivo que permita permita la realización de movimientos repetitivos en miembros superiores e inferiores(2021) Ramírez Ortega, Julián David; Rodríguez Franco, Nikolas; Jiménez Hernández, Mario FernandoLa Debilidad Adquirida en la Unidad de Cuidados Intensivos (DAUCI) afecta gravemente la salud musculo esquelética de personas que se encuentran dentro de la unidad o recientemente han salido de una larga instancia, reduciendo su calidad de vida y haciendo más tortuoso el proceso de rehabilitación y reincorporación a la vida cotidiana. La movilidad temprana brinda una serie de estrategias y herramientas que permiten a los profesionales de la salud encargados del área de rehabilitación, el tratamiento de este tipo de patologías, puesto que, según la literatura, la aplicación de la movilidad temprana en personas ingresadas en la Unidad de Cuidados Intensivos reduce la incidencia en el desarrollo de esta patología. Desde la bioingeniería el desarrollo de tecnologías que permitan asistir en la ejecución de diferentes técnicas para la rehabilitación de este tipo de casos es de gran relevancia. Contando con herramientas como la mecánica y la electrónica, se desarrolló un dispositivo que permite el movimiento circular alimentado por un actuador, cuyo accionamiento está condicionado por sensores de fuerza. La velocidad del giro del actuador está directamente relacionada con la fuerza ejercida por el paciente, y está a su vez, está directamente relacionada con la capacidad musculo esquelética que posee el usuario a la hora de realizar las diferentes terapias para la rehabilitación. El dispositivo fue diseñado en una herramienta de diseño asistido en la que se evaluaron diferentes materiales dando como conclusión que la mejor opción para la construcción del prototipo sería el aluminio. Por otra parte, se realizó el diseño electrónico en la plataforma de PROTEUS, donde se simularon los sensores, y el actuador. El control se implementó en una placa Arduino Mega, en donde, se evaluó el funcionamiento de los sensores de fuerza y el movimiento del motor a través de un Encoder. Con el diseño finalizado se realizó la implementación del dispositivo y se realizaron pruebas de funcionamiento en la Universidad El Bosque y el Hospital La Samaritana las cuales, permitieron concluir que el prototipo si bien presenta viabilidad para su aplicación, necesita pasar por procesos de rediseño para subsanar los puntos débiles a la hora de realizar los movimientos circulares tales como, el reemplazo del material utilizado para la construcción del prototipo, el acondicionamiento de la señal obtenida por los sensores y la reorganización de los cables para evitar posibles daños a los sensores.Ítem Desarrollo de la metodología de fabricación de un prototipo de aplicador personalizado por medio de manufactura aditiva para aplicación en braquiterapia en pacientes con cáncer de piel no melanoma(2023) Quevedo Linares, Héctor David; Vega Medina, LizethEl cáncer de piel no melanoma (NMSC) es el cáncer más frecuentemente diagnosticado, y a nivel nacional ha incrementado su incidencia en la población en los últimos 15 años según cifras del Instituto Nacional de Cancerología. Para ser tratado se utiliza la braquiterapia superficial HDR con aplicadores superficiales desarrollados por medio de manufactura manual en parafina, no obstante, esta metodología de fabricación ocasiona inconsistencias en la dosimetría y volumetría del plan de tratamiento establecido. Por tal motivo, el presente trabajo de grado se enfocó en el desarrollo de una metodología de fabricación para un prototipo de aplicador personalizado por medio de manufactura aditiva para una potencial aplicación en braquiterapia superficial HDR en pacientes que presentan cáncer de piel no melanoma. Durante el proyecto se caracterizaron los procesos de manufactura, materiales y protocolos de fabricación; se diseñó una metodología de fabricación con base en la caracterización previamente realizada, y finalmente; se evaluó la eficiencia de la metodología propuesta con base en características físicas clave como lo son el volumen de espacios de aire y el porcentaje de adherencia del aplicador. La metodología de fabricación diseñada permitió el desarrollo de un prototipo de aplicador personalizado hecho de ABS Medical Smartfil que garantiza la reproducibilidad y repetitividad del método, permitiendo obtener múltiples prototipos de aplicadores de diversas geometrías anatómicas que cumplen con los requerimientos de ingeniería y médicos. Finalmente, se comparó el desempeño de la metodología de fabricación con un aplicador de parafina diseñado por medio de la metodología de fabricación convencional, obteniendo que: El prototipo de aplicador personalizado hecho por medio de manufactura aditiva presenta un volumen de espacios de aire de 3806,79 mm3 y un grosor de espacios de aire de entre 0.148 mm3 y 2.725 mm3 , mientras que el aplicador personalizado hecho por medio de manufactura manual presenta un volumen de espacios de aire de 7534,35 mm3 y un grosor de espacios de aire de entre 0.21 mm3 y 4.39 mm3 . En cuanto al porcentaje de adherencia, se obtuvo que para el prototipo desarrollado por medio de la metodología propuesta se tiene un grado de adherencia del 3.98 %, por otra parte, el aplicador de parafina cuenta con un grado de adherencia del 42.94 %. Por lo tanto, se desarrolló una metodología de fabricación por medio de manufactura aditiva que reduce el volumen de espacios de aire, el grosor de los espacios de aire y cuenta con mejor porcentaje de adherencia en comparación con los aplicadores de parafina convencionales, garantizando un mejor encaje anatómico, y disminuyendo los volúmenes de espacios de aire indeseados que impactan directamente sobre la dosimetría del plan de tratamiento establecido.Ítem Desarrollo de prótesis de miembro anterior derecho para canino adulto de raza criolla tamaño grande con amputación a nivel de la articulación húmero-radial-cubital(2022) Benavides Vasquez, Daniela; Suárez Jimenez, William Nicolas; Vega Medina, Lizeth JohannaEl presente proyecto de grado tuvo como objetivo principal el desarrollo de una prótesis para un canino adulto de raza criolla tamaño mediano con amputación a nivel de la articulación húmero-radial-cubital en el miembro anterior derecho. La ejecución del trabajo constó de las siguientes fases: búsqueda de información en la literatura, zoometría, acondicionamiento físico y muscular, estudio biomecánico, diseño conceptual, diseño preliminar, diseño detallado, estudio de marcha con y sin prótesis, análisis de variables biomecánicas, implementación de la prótesis, y finalmente análisis de resultados. De lo anteriormente mencionado se obtuvo que el canino de estudio "Lucas” logró adaptar su marcha cuadrupedal a solo un tipo de marcha denominado Paso, ya que el tiempo de adaptación para poder ejecutar el trote y galope, requieren de un proceso más lento y extenso. Por consiguiente se recomendó seguir implementando el protocolo de adaptación, acompañado de terapias, e incentivos para el canino. Por otra parte, la implementación de la prótesis en el canino brindó estabilidad, equilibrio y apoyo en la locomoción del mismo, aportó bienestar y mejoró notablemente el estado anímico de Lucas. Por último, las variables biomecánicas se cambiaron de la siguiente manera: el centro de masa se desplazó 0.06 m en el eje X, el centro de presiones se traslado hacia el centro de gravedad, y el área de sustentación aumentó un 51 %.Ítem Desarrollo de sistema de detección de intención de movimiento para la adaptación de un caminador pasivo a activo(2022) Triana Rodríguez, Elio David; Jiménez Agudelo, Diego Nicolas; Jiménez Hernández, Mario FernandoEl presente documento expone el proceso para desarrollar un sistema de detección de intención de movimiento para la adaptación de un caminador pasivo a activo, donde se describe los medios y pasos para realizar los mecanismos que permiten la interacción usuario caminador. Las funcionalidades del prototipo se probaron en personas que cumplen un ciclo de marcha normal, de manera rítmica, sin pasos alternantes o características que alteren el ciclo de marcha como se describe en la literatura (Valencia, 2013), cumpliendo requerimientos específicos. Se presenta el marco teórico, donde se detalla acerca de los conceptos, variables y ecuaciones que se vinculan a la ejecución del proyecto, posteriormente se realiza la recopilación bibliográfica acerca de los proyectos relacionados a este, con tal de conocer los resultados alcanzados y las principales problemáticas en el desarrollo de los respectivos trabajos. Cabe resaltar que los dispositivos realizados en Colombia, como el “smartwalker: Agora”, desarrollado en la Escuela de Ingeniería Julio Garavito (Sierra, Garzón, Múnera, y Cinfuentes, 2019a), es un proyecto que ha escalado desde su creación, generando un medio de investigación en diferentes disciplinas de la institución. Dentro de la metodología detallamos el plan de trabajo para el diseño y desarrollo de las secciones mecánicas y electrónicas del prototipo, de la misma manera se presentan los requerimientos, parámetros y necesidades de las modificaciones estructurales. Teniendo en cuenta lo anterior, este proyecto se divide en tres etapas. La primera donde se desarrolla un sistema de detección de movimiento por medio del diseño de una estrategia de control, segunda, la adaptación de un caminador convencional rollator utilizando sensores y actuadores para que sea un caminador activo, y finalmente, una etapa de validación del funcionamiento de esta adaptación mediante una serie de pruebas de campo donde se hacen los ajustes pertinentes y se presenta el prototipo del dispositivo de asistencia de marcha, además del manual de usuario y la recopilación del proceso en un informe que detalla cada etapa, cálculos, simulaciones y problemas en la ejecución del proyecto.Ítem Desarrollo de un algoritmo de procesamiento de imágenes para la cuantificación preliminar de contenido intracelular de polihidroxialcanoatos en cultivos de Cupriavidus necator(2023) Jiménez Posada, Manuel Andrés; Avendaño Perez, Jonathan; Merchan Castellanos, Nuri Andrea; Jiménez Posada, Manuel Andrés [0009-0008-7314-1839]Se desarrolló un algoritmo basado en el análisis cuantitativo de imágenes, para la estimación cuantitativa del contenido intracelular de polihidroxialcanoatos (PHA’s) en cultivos celulares a partir de imágenes de microscopía de fluorescencia. Para ello se identificaron los parámetros de crecimiento y biosíntesis de PHA de la cepa bacteriana Cupriavidus necator DSM 545. Posteriormente se desarrolló un protocolo montaje de muestras mediante camas de agarosa en juntas tóricas, y se estableció el protocolo de adquisición de imágenes para alimentar el algoritmo. El método propuesto permitió generar cuatro data sets cada uno de cien pares de imágenes de microscopía confocal y de fluorescencia. Como resultado se obtuvo un algoritmo de cuantificación funcional basado en la técnica de segmentación de Watershed y filtrado estadístico de data sets que consiguió cuantificar la concentración intracelular de PHA en g/L con un porcentaje de error medio del 18.6% respecto a la cuantificación mediante cromatografía de gases. Se constituye así un método alternativo de cuantificación de PHA, rápido, de menor costo y que no involucra el uso de sustancias químicas perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana.Ítem Desarrollo de un algoritmo para evaluación in vitro de la porosidad en biomateriales empleados para regeneración tisular por medio de análisis digital de imágenes(2016) Martínez Medina, Camilo Andrés; Acosta Godoy, Juan Camilo; Ibla Gordillo, José Francisco; Puerta Aponte, Gabriel AlbertoEn el campo de la tecnología para la ingeniería tisular, el desarrollo de biomateriales ha tomado relevancia en los últimos años debido al número de ventajas que presentan como sistema para sustitución, reemplazo y evaluación en tratamientos fisiológicos a pacientes con lesiones. Los biomateriales brindan una buena alternativa, teniendo en cuenta que muchos de ellos proporcionan un entorno apropiado para el crecimiento y la interacción celular además de una integración para la formación de nuevos tejido según sea su uso. La porosidad es una propiedad física con una relación directa en el proceso de adhesión y desarrollo celular, debido a que es por medio de estos campos vacíos que las células colonizan un material y lo adhieren al sistema. Este trabajo presenta el desarrollo de un algoritmo para la evaluación in vitro de la porosidad por medio del análisis de imágenes adquiridas por técnicas de microscopía óptica y electrónica de barrido en donde se evidencia la evaluación del proceso de adherencia e integración celular a los materiales, identificando el valor porcentual de porosidad de la imagen utilizada, el volumen total del material y los valores reales y porcentuales del volumen libre de las muestras. A este análisis se le realizó una evaluación de precisión para establecer la repetibilidad y reproducibilidad del método brindándole mayor soporte a la técnica. Los resultados de este trabajo mostraron que la porosidad porcentual de los biomateriales estudiados como PLGA y matriz extracelular de intestino delgado de cerdo puede ser cuantificada con buena repetibilidad sin afectar propiedades químicas, físicas y biológicas de la muestra, como también se puede evidenciar la cuantificación de porosidad en el biomaterial in vitro Hidroxiapatita con osteoblastos sin verse afectado el cálculo por la presencia de material biológico.Ítem Desarrollo de un algoritmo predictor de consorcios bacterianos, partiendo de características metabólicas con potencial uso para la biorremediación de aguas residuales contaminadas con cromo hexavalente(2024-05) Osorio Bautista, Juan Sebastián; Torres Ballesteros, Adriana María; Merchán Castellanos, Nuri AndreaLas industrias de curtiembres son el sector industrial con mayor impacto en la contaminación de metales pesados en el río Bogotá por sus vertimientos de altas concentraciones de cromo hexavalente. Este contaminante tiene consecuencias mutagénicas con repercusiones en la salud de los diferentes entes biológicos presentes en el ecosistema hídrico, como lo son los microorganismos. Se han propuesto técnicas para la remoción del contaminante que han sido un desafío para su desarrollo e implementación. La biorremediación se presenta como alternativa sostenible para la remoción de este metal pesado, pero su desarrollo depende de factores esenciales como la selección de microorganismos con potencial de biorremediación. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un algoritmo predictor de consorcios bacterianos, basado en la información obtenida de rutas metabólicas, perfiles taxonómicos y perfiles funcionales de las bacterias presentes en el río Bogotá, con potencial uso para la biorremediación de Cromo hexavalente. Se identificaron los perfiles taxonómicos y funcionales de las bacterias presentes en tres puntos de muestreo del río Bogotá mediante secuenciamiento del gen 16s. El análisis bioinformático no presentó una alfa diversidad significativa con un rango de 2.75 a 3.50 (índice de Shannon). La beta diversidad evidenció cambios significativos en la composición bacteriana de los puntos (0,76 distancia de Bray Curtis). Se identificó un aumento en la riqueza de especies Acinetobacter johnsonii y Pseudomonas aeruginosa, así como dominancia de los géneros Arthrobacter, Duganella, Flavobacterium, Limnohabitans y Rhodoferax. Se implementó el modelo de regresión Random Forest para la predicción del porcentaje de biorremediación capaz de realizar cada perfil taxonómico. Este modelo expuso un error cuadrático de medio porcentaje de biorremediación de 5,41. Se implementó adicionalmente el método de clusterización aglomerativo jerárquico Agnes para la conformación del consorcio bacteriano biorremediador. El algoritmo utilizó la información de conectividad detectada en la red ecológica microbiana, los perfiles funcionales y la capacidad de biorremediación de 40 bacterias identificadas como indicadoras del aumento de la concentración de cromo (VI) en el río Bogotá. El algoritmo agrupó las bacterias Pseudomonas peli, Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia singularis, Acinetobacter Bahumannii y Dechloromonas denitrificans en el cluster con mayor capacidad de biorremediación de Cr VI (92,2%). La capacidad de biorremediación del consorcio natural obtenido por método de extinción y el consorcio predicho por el algoritmo fue comparada, evidenciando un 78,14% y 87.19% de remoción respectivamente.Ítem Desarrollo de un dispositivo de apoyo a la rehabilitación de la articulación tobillo-pie en niños entre 5 a 12 años con parálisis cerebral espástica que se encuentran ubicados en zonas rurales(2023-06) Fajardo Urbina, Tatiana; Meneses Bernal, Jorge Eduardo; Parra Ruiz, Nasly Dahiana; Fajardo Urbina, Tatiana [0000-0003-0983-1911]En este documento se presenta el diseño y construcción de un prototipo de un dispositivo para el apoyo a la rehabilitación de la articulación tobillo-pie en niños entre 5 a 12 años con parálisis cerebral espástica que viven en zonas rurales. Este proyecto se dividió en 4 fases que consistieron en: búsqueda bibliográfica, diseño del dispositivo, construcción del dispositivo y una evaluación inicial del mismo. De lo anteriormente mencionado se obtuvo que la fuerza muscular que produce un sistema como la articulación tobillo-pie en un objeto puede estar entre los rangos de 20 N a 26 N y que, para movimientos en otros planos, Abducción-Aducción es de 612 a 1500 N. Por otro lado, dada la complejidad de la parálisis cerebral espástica, en diseño se optó por adaptar un sistema que cubriera una parte de la cadena cinemática del miembro inferior. Es decir, un diseño que involucrara rodilla-tobillo-pie. Esto con el fin de evitar el patrón cruzado de piernas que se causa por la enfermedad. Asimismo, como resultados se obtuvo que el dispositivo puede moverse en rangos de movimientos de flexión de rodilla de 10 a 12° inicialmente y en el tobillo de 80° a 110°. El desarrollo de este trabajo se pensó como un proyecto que fuese fácilmente replicable, modificable y viable económicamente, es por eso que se utilizó impresión 3D. Esto debido a que está pensado para niños que viven en zonas rurales y que tienen poco acceso a especialistas e instrumentos de terapiaÍtem Desarrollo de un dispositivo portable de visión artificial para la identificación y cuantificación in vitro de Cryptosporidium spp. en muestras de agua(2024-04) Echeverry Rey, Juan Sebastian; Pieschacon Chuzcano, Maria Lucia; Merchan Castellanos, Nuri Andrea; Avendaño Peréz, JonathanEste trabajo aborda el desarrollo de un dispositivo portable de visión artificial destinado a la identificación y cuantificación in vitro deCryptosporidium spp. en muestras de agua. El propósito es proporcionar una herramienta aplicable en acuíferos insuficientemente caracterizados o con procesos de sanitización incompletos, como los métodos granulares de filtración comúnmente utilizados en áreas rurales, que representan el 71% del territorio nacional. Por ende, se llevó a cabo un proceso de ingeniería que parte del levantamiento de requerimientos para diseñar y construir un dispositivo portable capaz de alcanzar 1000 aumentos mediante un conjunto de lentes, sistemas mecánicos y eléctricos. Estos componentes permiten obtener una proyección clara de Cryptosporidium spp. mediante técnicas de microscopía, diseñadas para visualizar elementos en el rango de 0.2 a 0.8 μm con una resolución de máximo 1 mm en los ejes de movimiento. La herramienta desarrollada permite realizar un barrido de 30 campos al azar en una lámina porta muestras, que contenga una alícuota de 1 μL de agua filtrada con características específicas. Se utiliza una suspensión comercial de Cryptosporidium spp. para extraer características morfológicas y morfométricas del parásito, responsable de 143 muertes anuales a nivel nacional. Dada la dosis infecciosa de hasta 1(oo)quiste/mL, se implementa un código de visión artificial que, a través de 270 imágenes del microorganismo, identifica y cuantifica los (oo)quistes en las muestras de agua, resaltando su tamaño, color y forma mediante la tinción de Zielh Neelsen. Para validar el sistema, se empleó una matriz de confusión para medir la precisión, exactitud, sensibilidad y puntuación del algoritmo. Posteriormente, se compararon estos resultados con la prueba avalada por el Standard Methods for the Examination ofWater andWastewater, utilizada en laboratorios de salud pública a nivel nacional. El sistema exhibió una precisión muestral del 0.301 y una exactitud de 7.69, confirmando su fiabilidad, seguridad y facilidad de uso. Los resultados de detección y análisis de muestras se presentan de manera accesible en una aplicación móvil, proporcionando trazabilidad y facilitando la evaluación para el usuario.Ítem Desarrollo de un electrodo multicanal flexible para el registro de las señales electromiográficas en músculos orbiculares superiores de la boca(2023) Aldana Castellanos, Mariana; Torres Chipatecua, Adriana; Castro Hermosa, Sergio AlexisLa fisura labio palatina (FLP) es una malformación congénita frecuente, la cual se produce por una alteración en la fusión de los tejidos que darán origen al labio superior y al paladar. Dada la carencia de electrodos comerciales con las características adecuadas para utilizarlos en niños y pacientes con FLP, el objetivo de este proyecto se basó en el desarrollo de un electrodo flexible para el registro de las señales electromiográficas en el músculo orbicular superior de la boca. De la primera etapa metodológica, se identificaron las variables implicadas en el diseño del electrodo: identificación de las medidas antropométricas y fisiológicas del músculo orbicular en población infantil, las más relevantes corresponden al filtrum labial con un valor de 7.5 mm y una medida bicomisural de 35 mm. Por otro lado, se tuvo en consideración el distanciamiento entre electrodos, el cual es de 15 mm y un diámetro de electrodo de 10 mm. En cuanto a materiales se emplearon el kapton (poliamida) como sustrato y tinta de plata dadas sus propiedades de alta conductividad y baja resistencia. Posteriormente, en la segunda etapa se realizó la impresión del electrodo mediante la técnica de serigrafia de forma manual, de igual manera se hizo una verificación de los diseños impresos mediante el uso del micrometro, con el cual se midió el diámetro de los mismos, el ancho y largo de los canales, el distanciamiento entre electrodos y por último el diámetro del electrodo, en donde el máximo error obtenido es de 2.33\% lo cual indica que las dimensiones del electrodo impreso coinciden con las del diseño inicialmente planteado. Finalmente, se evaluó el electrodo por medio de distintas pruebas mecánicas y el elétricas como lo son el Bending Test y una prueba de tensión midiendo para cada una de estas la resistencia del material al ser sometido ante una fuerza, dando como resultado un aumento del valor de la resistencia a medida que se realiza el esfuerzo tanto para flexión como tensión, no obstante no son cambios significativos que puedan conllevar a una pérdida de la conductividad del electrodo. Por otro lado, los resultados obtenidos del registro electromiográfico. Por otro lado, el electrodo serigrafiado es capaz de registrar la señal electromiográfica, sin embargo, presenta ruido a comparación del electrodo comercial. No obstante, gracias al procesamiento de señales es posible por medio de filtros reducir esta interferencia. Cabe resaltar, que parte de este ruido provocado es por la falta de un gel conductor ya sea sólido, el adhesivo del electrodo serigrafiado el cual es posible que no permita del todo la correcta fijación de la matriz del electrodo sobre la superficie de la piel. Es por esto que se realizó en conjunto un procesamiento de los registros por medio del software de MatLab para el ajuste de la señal EMG.Ítem Desarrollo de un método de apoyo diagnóstico utilizando técnicas de visión artificial para identificar la deficiencia nutricional de fósforo en hojas de plantas de café (Coffea arabica L.) de la variedad Castillo en la fase fenológica de formación y llenado de frutos(2023) Losada Naranjo, Laura Daniela; Avendaño Pérez, Jonathan; Rodriguez Acevedo, María EugeniaLa inexactitud de los diagnósticos visuales de deficiencias nutricionales en las plantas dificulta la toma de acciones correctivas en cultivos como el café. Los suelos del municipio de Acevedo presentan una tendencia a la retención de fósforo orgánico de manera que es necesario garantizar el aporte de este nutriente para un adecuado desarrollo del fruto. Con el fin de automatizar los procesos de diagnósticos visuales bajo las condiciones de variabilidad del entorno agrícola se propuso en este trabajo de grado el desarrollo de cuatro fases: El diseño y construcción de un equipo de adquisición de imágenes, la construcción de un dataset con imágenes de hojas con la deficiencia nutricional de fósforo y hojas sanas, el desarrollo de un algoritmo qué lograra identificar la presencia de la deficiencia y la validación del método propuesto. El equipo de adquisición de imágenes digitales en campo fue construido con la finalidad de aislar el fondo y estandarizar una distancia de trabajo. Para la selección del color de fondo se evaluó la desviación estándar y se determinó que el fondo azul es aquel que permite una mayor separabilidad de píxeles entre el fondo y el color de la hoja. El equipo de adquisición de imágenes diseñado permitió la construcción de un dataset con imágenes de hojas de café con la sintomatología de la deficiencia nutricional de fósforo en plantas de fincas cafeteras del municipio de Acevedo, Huila que en contraste con un análisis foliar presentaron la limitación nutricional de fósforo. En la construcción del algoritmo se incluyeron técnicas de preprocesamiento de imágenes, de segmentación de imágenes por super pixeles y extracción de características de color y textura, las técnicas de reducción de características estudiadas fueron extra tree classifier, LDA y PCA, en donde su rendimiento fue evaluado en relación a cuatro tipos de clasificadores y un predictor acorde a las métricas de evaluación de matrices de confusión. El clasificador de árboles de decisión tuvo el mejor rendimiento según la curva ROC y AUC, la validación del clasificador demostró un F-score del 0.994 para el algoritmo de identificación de la deficiencia nutricional de fósforo en hojas de café bajo condiciones de campo lo cual indicó una alta capacidad de distinción entre las clases. Finalmente se discute el desempeño del método propuesto respecto a uno entrenado bajo condiciones controladas en donde este último presentó un desempeño superior del 6%. De esta manera se demostró que una metodología construida en campo permitió el desarrollo de soluciones aplicables a entornos reales y que aunque se haya presentado un buen desempeño aún es necesario seguir trabajando en técnicas que permitan alcanzar los resultados de algoritmos entrenados bajo condiciones controladas.Ítem Desarrollo de un método de calibración en monitores de signos vitales clase IIB basado en puntos de variables fisiológicas donde el personal médico determina un diagnóstico(2019) Aguilar Súarez, Alberto Enrique; Aguilar Súarez, Alberto Enrique; Tarquino González, Jonathan Steve; Castro Leal, Miguel ÁngelÍtem Desarrollo de un método de medición y visualización de variables cinemáticas del tren inferior durante el pedaleo de un ciclista paralímpico con amputación transtibial bilateral(2024-05) Castro Wilches, Carlos Felipe; Rodríguez Tenjo, Yineth Daniela; Pulido Herrera, Edith; Carrillo Castellanos, Juan JoséEn este trabajo de grado, se presenta un método que permite medir las variables cinemáticas del tren inferior de un ciclista con amputación transtibial bilateral durante el pedaleo. El objetivo principal es determinar el ángulo de la articulación de la rodilla utilizando unidades de medición inercial (IMU) para cada segmento de la articulación, abarcando tanto la pierna como el muslo de ambas extremidades. Se comenzó por comprender el gesto deportivo y la anatomía relacionada con el movimiento durante el pedaleo. Después, se desarrolló un método de medición y se recopilaron datos sobre el ángulo de la articulación de la rodilla. Finalmente, se realizó una evaluación de las variables cinemáticas identificadas. Para lograr este propósito, se ha desarrollado un proceso de procesamiento de datos que emplea cuaterniones, los cuales ofrecen una notación matemática precisa para representar orientaciones y rotaciones tridimensionales de objetos. A través de la implementación de un algoritmo específico, se procesa la información recopilada por las IMU y se obtiene como resultado el ángulo de la articulación de la rodilla. Este valor es posteriormente visualizado en una interfaz gráfica, proporcionando una representación visual y comprensible de las mediciones realizadas. Entre los hallazgos obtenidos, destaca la influencia del tipo de amputación y el diseño de la prótesis en el valor del ángulo de articulación de la rodilla. En el caso específico de la amputación transtibial bilateral, se observó un ángulo máximo de alrededor de 100° y un mínimo de 25°. Además, se identificó una asimetría cinética en el tren inferior del ciclista, caracterizada por una mayor capacidad de flexión en la pierna derecha.