Diseño y construcción de un Electrocardiógrafo Portátil con microcontroladores

Se diseñó y construyó un electrocardiógrafo portátil para mediciones tanto en reposo como en actividad física, el dispositivo es pequeño y autónomo, la placa de circuito impreso que se diseñó tiene dimensiones de 5 x 5 cm, cuenta con una batería recargable de ion de litio, así como con el sistema de carga, la carcasa se construyó en 3D con una impresora, los datos son guardados en una memoria micro SD y tiene la opción de mandar los datos en tiempo real por bluetooth a un teléfono inteligente para ver el electrocardiograma ó se pueden recibir los datos por un cable a la computadora, se usó una placa Arduino pro mini que funciona con un voltaje de 3.3 V y tiene bajo consumo de energía, el dispositivo se fija a la cintura del paciente por medio de una cinta, los tres electrodos se conectan a la caja, permitiendo que el paciente realice actividad física mientras se monitorea el ritmo cardiaco, se presentan los resultados de algunas mediciones, así como implementaciones para minimizar la interferencia en el dispositivo. Se agradece el apoyo para la realización de este trabajo al Taller de Control y Electrónica y al Departamento de Física, de la Facultad de Ciencias de la UNAM.

Diseño y construcción de un robot móvil de exploración usando sensor LIDAR

Se diseñó y construyó un robot móvil basado en una computadora Raspberry pi 4, y una placa Arduino UNO, se utiliza un sensor LIDAR para hacer el mapeo de un entorno cerrado lo que permite tomar la decisión de seguir cierta trayectoria o no. El robot usa el sistema operativo ROS 2, sobre una distribución de Ubuntu y puede mandar los datos del mapeo del espacio a través de una VPN, se utilizar una placa Arduino UNO con un shield que se diseñó a medida para controlar 4 motores de corriente continua, la computadora es alimentada por un arreglo de 4 pilas 18650 en paralelo, los motores son alimentados con dos pilas 18650 en serie. El robot puede ser controlado mediante una red WiFi para ir en cualquier dirección, mientras se reciben los datos del lugar cerrado donde está, esto permite manipular el robot en lugares donde no pueda entrar una persona. Se agradece el apoyo para la realización de este trabajo al Taller de Control y Electrónica y al Departamento de Física, de la Facultad de Ciencias de la UNAM.

Implementación de un invernadero con microclima controlado a través de sensores de control de riego, humedad, temperatura y luz para el desarrollo de plantas nativas atrayentes para polinizadores

El hombre puede vivir sin comer, dicen que muchos días y sin beber agua durante algunos días, pero sin oxígeno no aguantamos tres minutos. Y las únicas fábricas de oxígeno son las plantas.” (C. Hank González, citado en Rodríguez, 2010). La Agricultura protegida es la práctica que se realiza para controlar de forma total o parcial el microclima en el que una planta o cultivo crece, así como brindarle protecciones de factores externos que afecten su desarrollo como son algunos elementos biológicos, ambientales y climatológicos con el objetivo de garantizar una mejor producción. De acuerdo a cifras de la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) en México existen más de 40 mil 682 hectáreas con cultivos que utilizan la agricultura protegida, lo que quiere decir, que en los últimos años, esta modalidad de cuidado para los cultivos, ha crecido, aproximadamente, casi siete veces el número de hectáreas, ya que en 2010 eran alrededor de 6 mil 328 hectáreas bajo esta práctica (Moderna, 2018). El presente desarrollo tecnológico permitirá́ mejorar las prácticas de cultivo, optimizar el uso de recursos energéticos, mejorar la productividad de la mano de obra, incrementar el nivel de producción mediante un sistema de cultivo automatizado altamente intuitivo, mediante la implementación de un invernadero automatizado que permita el control de microclima a través de sensores de control de riego, humedad, temperatura , luz y ventilación, utilizando un microcontrolador con módulo de conexión WIFI para un control a nivel local, y un programa con interfaces gráficas (HMI) para poder gestionar los sistemas a nivel local usando el software de LabVIEW, para el desarrollo de plantas nativas atrayentes para polinizadores, para su uso en la reforestación en la zona metropolitana de Xalapa, Veracruz.

Diseño y construcción de cámara inteligente automatizada para el estudio de germinación de semillas, crecimiento y desarrollo en plantas

El presente proyecto consiste en el diseño y la construcción de una cámara de experimentación automatizada para ambientes controlados usando dispositivos electrónicos de bajo costo y sensores para el monitoreo de parámetros como son: temperatura, humedad, CO2, luminosidad y color (longitudes de onda). Aquí, los sensores recolectan y suministran datos al sistema para el monitoreo y control del ambiente dentro de la cámara. Los datos de las variables físicas medidas por los sensores son almacenados en una memoria de expansión EEPROM externa interconectada al microcontrolador tipo Arduino pro mini. Los datos almacenados son adquiridos y recolectados usando protocolo de comunicación Bluetooth hacia una computadora personal usando script de algoritmo en Python para su procesamiento y análisis. La cámara inteligente automatizada, será utilizada en laboratorios como equipo de experimentación para estudios de germinación de semillas, crecimiento y desarrollo de plantas.

Modelación eléctrico-electrónico de celdas fotovoltaicas con aplicaciones en el laboratorio de energías

La excesiva dependencia y el consumo de la energía derivada del petróleo, generó la necesidad de centrarse en el estudio sobre fuentes de energías alternas, como es el caso de las celdas fotovoltaicas. En los últimos 50 años se ha incrementado el estudio para el desarrollo de éstas, cuyo objetivo es incrementar la eficiencia. En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo eléctrico-electrónico de celdas fotovoltaicas conectadas en serie y paralelo utilizando un diodo de paso, conocido como configuración bypass, para determinar su máxima eficiencia. El modelo consiste en el sistema universal equivalente eléctrico-electrónico, utilizando configuraciones, serie, paralelo y serie-paralelo, para determinar su relación corriente-voltaje. El modelo muestra la capacitad para caracterizar diferentes tipos de celdas fotovoltaicas, tanto comerciales como desarrolladas artesanalmente. Con los resultados obtenidos se pretende realizar diferentes aplicaciones en el laboratorio de energía del LUMAT-UAZ.

Instrumentación virtual aplicada a la dinámica de ondas en sistemas elásticos estructurados

Los estudios en el dominio del tiempo permiten analizar la dinámica de ondas en materiales estructurados, ésta se ve afectada tanto por la estructura de la muestra como por el tipo de ondas, que se reflejan  en el material o lo atraviesan. Este fenómeno resulta ser de gran interés en sistemas cuánticos así como en muestras macroscópicas, en este tipo de sistemas el espectro consiste en bandas y brechas propias del estado sólido.  En los sistemas cuánticos la dinámica de ondas difícilmente se puede medir y sólo es posible ver sus efectos sobre propiedades de transporte, mientras que en los sistemas elásticos sí es posible caracterizar la evolución en el tiempo de la dinámica ondulatoria. Actualmente, los instrumentos virtuales se están utilizando cada vez más en laboratorios de investigación y en la industria, esto debido a la reducción de costos al cambiar hardware complejo y costoso por software libre, en este trabajo se muestra el diseño de un instrumento virtual que tiene como finalidad, realizar mediciones de caracterización de sistemas elásticos estructurados, esto se logra al enviar un pulso Gaussiano desde el generador de funciones con características configurables, como son una frecuencia central y un ancho de banda específico, éste viaja por la muestra y posteriormente se adquieren los datos de salida con el osciloscopio. El resultado incluye una interfaz gráfica Web intuitiva y funcional, que por medio de un módulo en lenguaje de programación Python permite enviar un pulso Gaussiano, al sistema estructurado y graficar la respuesta del sistema a dicho pulso, los datos obtenidos por el osciloscopio se almacenan para su posterior análisis en la computadora.

Dispositivo para muestras con control de temperatura y su análisis luminiscente

En este trabajo, se diseñó y construyó un dispositivo tipo “holder” para muestra luminiscentes en polvo o pastilla con la finalidad de controlar la temperatura. El dispositivo se acopló a un fluorometro RF-6000 Shimadzu, para la detección de espectros de luminiscencia de emisión y excitación, en el rango UV y visible. El dispositivo permite realizar mediciones luminiscentes con exactitud en un rango de temperatura de -35°C a 5°C y de 20°C a 55°C, teniendo un tamaño de paso de temperatura de 0.1°C. se midió una muestra luminiscente de óxido de aluminio dopado con En3+, encontrando la emisión típica de 611nm, para distintos rangos de temperatura, obteniendo un error experimental relativo de 1% para 100 mediciones.

Diseño y construcción de un Robot programable para la enseñanza de la física y la electrónica

Se diseñó y construyó un robot móvil programable, el cual está destinado a la enseñanza de conceptos básicos de física, electrónica, robótica y control, cuenta con seis sensores reflexivos para poder detectar líneas de distintos colores y un sensor ultrasónico para la detección de obstáculos en su camino, también tiene integrado un giroscopio, un acelerómetro y un magnetómetro, que permiten tener un mayor control sobre el comportamiento del robot, y de detectar posibles colisiones en su camino. Cuenta con dos motores de corriente directa que le permiten moverse libremente y un servomotor, para controlar la posición del sensor ultrasónico. El dispositivo esta basado en el microcontrolador ATmega328P y cuenta con comunicación Bluetooth para poder transmitir la información en tiempo real, permitiendo controlarlo de manera remota, así como un conjunto de instrucciones reducidas para facilitar la enseñanza de los diferentes protocolos de control. El tamaño del robot entra en un cuadrado de 10 cm de lado, esto se logró usando componentes de superficie (SMD), lo que permite que participe en competiciones de robótica, en las categorías de seguidor de línea, luchador de sumo, laberinto, entre otras. Se agradece el apoyo para la realización de este trabajo al Taller de Control y Electrónica y al Departamento de Física, de la Facultad de Ciencias de la UNAM.

Carro de búsqueda y rescate

Carro de búsqueda y rescate Un carro autónomo de búsqueda y rescate es un vehículo no tripulado diseñado para operar de manera autónoma en misiones de búsqueda y rescate. Estos vehículos son equipados con diversas tecnologías avanzadas que les permiten navegar y operar en entornos complejos y potencialmente peligrosos sin la necesidad de un operador humano directo. A pesar de sus ventajas, los carros autónomos de búsqueda y rescate enfrentan desafíos como la complejidad del desarrollo de software, la integración de múltiples sistemas de sensores, y la necesidad de pruebas exhaustivas en entornos reales. Sin embargo, con los avances continuos en IA, robótica, y tecnologías de sensores, se espera que estos vehículos se vuelvan más comunes y efectivos en las operaciones de búsqueda y rescate. La innovación de nuestro trabajo es que el nuestro al momento de llegar o localizar el problema mandara una señal al manejador del dispositivo y así ya sea fácil localizar a la persona u objeto que se quiere identificar, este contará con botiquín de primeros auxilios y algunos suplementos para que no pierda fuerzas ni energía y garantizar su estabilidad y seguridad

Generador de Energía Eólica con Purificación de Aire

INTRODUCCION. El proyecto trata sobre un generador de energía eólica que a la vez funciona como purificador de aire, surge de que en al institución y localidad están cerca de fábricas o fuentes residuales lo que contamina el aire y provoca muy mal olor, el proyecto busca crear una fuente de energía a base del viento que probea electricidad a instalaciones o aparatos electrónicos y a la vez que funcione como purificador de aire a base de carbón concentrado que estará en el mismo mecanismo de las aspas del generador eólico. El sistema utiliza aspas con un mecanismo de purificación de aire mediante carbón concentrado. Al girar con el viento, el carbón activado filtra los contaminantes del aire, mejorando su calidad. Además, genera energía extra que puede alimentar otros dispositivos electrónicos. A gran escala, este enfoque podría contribuir a la generación de energía y purificación de aire para la comunidad. Objetivo General: Crear un generador de energía eólica con función de purificación de aire para combatir la contaminación y proporcionar energía renovable. Objetivos Específicos: • Desarrollar un generador eólico eficiente. • Diseñar un sistema de purificación de aire basado en carbón concentrado. • Evaluar la viabilidad del proyecto a gran escala. Materiales y Métodos: Se realizaron simulaciones para probar su funcionamiento, para comprobar los modelos físicos y de eficiencia energética con las modificaciones propuestas. Los materiales incluyen aspas de aerogenerador, filtro de aire con carbón concentrado, componentes electrónicos y estructuras de soporte. Conclusiones: El desarrollo de este generador de energía eólica con función de purificación de aire busca ser una solución innovadora y sostenible para abordar el problema de la contaminación del aire en la institución y la localidad, contribuyendo así al cambio hacia un sistema energético más limpio y sostenible.

Caracterización de sensores de resonadores de cuarzo de alta sensibilidad con diferentes espesores de poli(ferrocenilmetilfenilsilano) expuestos a etanol

En la literatura podemos encontrar estudios del análisis de la composición de los diferentes gases presentes en el aliento humano exhalado y como se relaciona con alguna enfermedad, tales es el caso de la diabetes, una enfermedad que afecta tanto a niños como en adultos en México. En este trabajo se propone un método no invasivo que facilite la detección de gases en el aliento humano exhalado, como lo es el compuesto orgánico volátil etanol (EtOH), que es uno de los biomarcadores de la diabetes. Usando las microbalanzas de cristal de cuarzo (QCM) con frecuencia en resonancia de 30 MHz como dispositivos gravimétricos, se midieron cambios de masa a través de cambios de frecuencia en la oscilación de estos dispositivos, donde la ecuación de Sauerbrey relaciona ambos parámetros. A los QCM se les depositó el polímero orgánico-metálico poli(ferrocenilmetilfenilsilano) (PFS) como película sensible. Se usó como método de depósito la atomización ultrasónica donde el electrodo del resonador de cuarzo es expuesto a una neblina de gotas de diámetro de 220 μm, estas microgotas fueron producidas por la ruptura de la tensión superficial de la disolución de PFS en tetrahidrofurano. Este método permite controlar el flujo de aire que arrastra la neblina a 100 mL/min, la distancia de separación entre la salida de la manguera que lleva la neblina hasta el electrodo del QCM es de 1 mm, para generar por medio de depósitos un incremento del espesor de la película sensible. Los sensores construidos fueron caracterizados en un sistema estático de medición de respuestas de sensores de gas, que se mantiene a temperatura constante de 20 °C y con humedad relativa del 20%, los cuales fueron expuestos al gas EtOH a concentraciones de 412, 2059, 4117 y 6176 ppm. Se encontró que los sensores tienen una sensibilidad de 0.0074 Hz/ppm cuando el espesor es de 40 nm y de 0.037 Hz/ppm cuando el espesor es de 200 nm.

Medición de la concentración de Ozono de un ozonizador en tiempo real a partir de un Transductor de radiación Ultravioleta

El Ozono se producide cuando en un ozonizador se eleva la tensión hasta presentar el efecto Corona entre sus electrodos. Los ozonizadores comerciales no cuantifican la concentración de Ozono producido, por lo que es interesante y relevante controlar la generación del gas. Para esto es imperativo conocer la concentración de Ozono en tiempo real. Sin embargo, los sensores de gases como el MQ131 son imprecisos y necesitan calentarse por días para usarse con una precisión aceptable debido a que tiene dentro dióxido de estaño ($SnO_2$) que debe fraguar con calor. El sensor tiene baja conductividad en ausencia del gas y en prescencia de Ozono la conductividad aumenta. A mayor concentración menor resistencia ohmica, a menor concentración mayor la resistencia. Este trabajo cuantifica la concentración usando la Ley de Beer-Lambert en el máximo de absorción del Ozono ($\lambda = 255$ $nm$). La absorción se calcula conociendo la radiación ultravioleta (UV) que emite una fuente hacia una celda de cuarzo y la que sale de la celda donde esta el flujo de Ozono. Para conocer la radiación UV se emplearon dos fotodiodos. Estos fotodiodos operan en la longitud de onda $\lambda =255$ $nm$ generando una corriente de nano amperes. La instrumentación para la medición de la concentración de Ozono esta dividida en dos partes, el transductor (hardware) y la expresión (software) que relaciona el voltaje debido a la radiación UV percibida por los transductores con la concentración de Ozono que fluye en la celda de cuarzo. El transductor recibe radiación UV en el máximo de absorción del Ozono y entrega un voltaje capaz de se leído por un microcontrolador como Arduino o ESP32. El transductor esta comprendido por un fotodiodo y etapas de amplificación. El transductor de radiación ultravioleta fue empleado junto con la estrategia de control NRDOB para el control de la generación de Ozono de un ozonizador comercial. Los resultados son prometedores.

Caracterización de transductores de diversas configuraciones con fibras ópticas estructuradas para el monitoreo de desplazamiento en ingeniería civil

Este trabajo aborda el principio de funcionamiento de perdida de potencia al curvar la fibra óptica para aplicarlo en sensores de desplazamiento. La innovación radica en el uso de diversas fibras ópticas estructuradas para desarrollar un sensor capaz de monitorear desplazamientos con alta sensibilidad y en diferentes rangos de medición. Se utilizaron cuatro modelos de transductores impresos en filamento PLA flexible, con cuatro formas diseñadas específicamente para generar pérdida de potencia por curvatura. Estos transductores convierten el desplazamiento lineal en perdida de potencia a través de la curvatura que experimentan las fibras ópticas estructuradas. El arreglo experimental consistió en una fuente de luz blanca, fibras ópticas estructuradas, un fotodiodo y un detector de potencia. Las fibras ópticas estructuradas se obtuvieron con cuatro fibras ópticas de diferente diámetro de núcleo, formando así siete estructuras distintas. Para el caso de uno de los transductores diseñados se obtuvieron resultados favorables, al obtener un rango mayor a los investigados anteriormente. Por ejemplo, la estructura 3, en un rango de 0 cm a 18 cm, se obtuvo una sensibilidad de 28.9 nW/cm; la estructura 4, en un rango de 0 cm 16.5 cm, se obtuvo una sensibilidad de 57.99 nW/cm; y la estructura 5, en un rango de 0 cm a 15 cm, obtuvo una sensibilidad de 103.3 nW/cm. De igual forma este análisis se aplicó para los otros tres transductores. Cabe mencionar que este trabajo se puede aplicar en diversas estructuras civiles, al tener diversos rangos con altas sensibilidades.

Experimento de medición de la distancia Tierra – Luna por emisión de pulsos láser

En este trabajo se presenta el desarrollo y resultados de un experimento para la medición de la distancia Tierra – Luna desde los alrededores de Saltillo, Coahuila, utilizando un telescopio convencional y el diseño de la electrónica periférica para la obtención de la medición de distancia. Utilizaremos el principio de emisión de pulsos láser y mediremos el tiempo de viaje de este hacia la luna y su regreso. Con ayuda de un telescopio reflector o refractor apuntaremos un láser hacia la Luna. Sobre este se modulará un pulso a una frecuencia específica (del orden de kHz). Este se busca apuntar al área donde se sitúan los retroreflectores colocados en las misiones espaciales Apollo. Un esquema de fotodetección busca captar la luz reflejada y con un circuito electrónico, filtrar y amplificar la respuesta buscando con ello detectar la señal emitida previamente. El circuito utilizado consta de un fotodiodo acoplado a un amplificador de alta ganancia, un filtro pasabandas sintonizado solo a la frecuencia emitida El circuito estará coordinado por un microcontrolador. Se espera que se pueda recuperar de manera fidedigna una señal con la misma frecuencia emitida y medir con alta precisión los tiempos requeridos para calcular la distancia. Presentaremos el desarrollo, diseño, realización de pruebas, resultados y compartiremos el proceso y sus etapas.

Construcción de un spin coater casero pero funcional

El recubrimiento por rotación, llamado spin coating en inglés, se usa ampliamente en la microfabricación de capas delgadas de diversos polímeros, óxidos y metales sobre vidrio, silicio u otros sustratos utilizando precursores sol-gel. Con este dispositivo se pueden generar películas delgadas uniformes con espesores nanométricos. Se utiliza intensamente en fotolitografía, para depositar capas de algún material fotorresistente de aproximadamente 1 micrómetro de espesor. El polímero fotorresistivo normalmente se hace girar a entre 20 y 80 revoluciones por segundo durante 30 a 60 segundos. También se utiliza ampliamente para la fabricación de estructuras bidimensionales. En este trabajo se presenta la construcción y programación de un spincoater que funciona de 500 a 5000 rpm con aceleración constante. Para su construcción se uso un motor sin escobillas controlado con una tarjeta ESC y un arduino. Se adaptó una pantalla Nextion para volverlo, user friendly. En este trabajo se presentan las ventajas y desventajas de este dispositivo. Entre las ventajas se encuentra su flexibilidad para manejar otras velocidades diferentes a las antes mencionados si es necesario y su bajo costo. Entre las desventajas se encuentra el que no está adaptado un sistema de vació por lo que hay que pegar y despegar la muestra dejando residuos adhesivos debajo de esta.

Dispositivo Termoestimulador

El dolor es una experiencia subjetiva y compleja, que representa un reto en su diagnóstico y comprensión. En este contexto el estudio del dolor juega un rol el avance de la comprensión de su naturaliza compleja. En la literatura, diferentes estudios han investigado los mecanismos que subyacen a la experiencia del dolor, con el objetivo de desarrollar intervenciones efectivas para su manejo y tratamiento. Este conocimiento es crucial para adaptar estrategias de tratamiento que abordan las necesidades únicas de cada individuo. En la investigación del dolor, el diseño y la utilización de termo estimuladores (sondas térmicas) son diseñadas específicamente para aplicar estímulos térmicos (calor o frío) al cuerpo humano; y proporcionan a los investigadores control y estandarización, para entregar estímulos térmicos a los participantes del estudio. Estos dispositivos permiten controlar la temperatura y su duración, asegurando así, una estimulación térmica reproducible. Por lo tanto estos dispositivos juegan un rol importante en la evaluación de la percepción del dolor. Con el uso de técnicas de neuroimagen como la electroencefalografía (EEG) o la espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS), los estudios han explorado la respuesta neuronal, los patrones de activación cerebral y el procesamiento cortical relacionado con la percepción del dolor. Los termo estimuladores disponibles comercialmente tienen una desventaja importante es que a menudo son equipos costosos y de arquitectura cerrada. Además no siempre cumplen con requisitos de investigación específicos, ya que a menudo se requieren características personalizadas, parámetros de control precisos y estimulación térmica personalizada. Estas limitaciones conducen a la necesidad de soluciones diseñadas a medida. Por ello, en este trabajo se diseñó y desarrolló un dispositivo termo estimulador que incluye, un software y hardware que permite estimular en un rango de 0 a 50 °C

Ixnamiki Rescue Robot platform development

This research outlines the key developments and objectives of UP Robotics rescue robot. The team has focused on enhancing the design and functionality of the rescue robot, drawing on lessons learned from the past Mexico’s city earthquake. IXNAMIKI is a robot capable of traversing, sensing, and mapping complex and unknown terrain. It is small and lightweight for maximum maneuverability. It offers all-terrain capabilities using two sets of independent flippers to move and climb over obstacles. Although it is remotely operated, the operator is aided in the maneuvering and rescue decision making by the robot’s sensors. The sensors involve image acquisition, CO2 sensing, and mapping. Significant improvements have been made in various aspects, including mechanical design, electronics, and software integration. We aim to address challenges encountered in the past, particularly in terms of reliability and performance. Our goal is to create a robot capable of excelling in real-world rescue missions. Through innovation and perseverance, we strive to contribute to the advancement of rescue robotics and the effectiveness of disaster response efforts.

Sistema de obturadores para láseres de potencia, aplicado a la técnica de fotodesprendimiento

El laboratorio de Plasmas de Baja Temperatura del ICF cuenta actualmente con una cámara experimental para el estudio de los iones negativos formados en gases débilmente ionizados con ayuda de la técnica pulsada de Townsend. En el laboratorio se estudian los iones negativos formados en gases de interés industrial y atmosférico. El arreglo experimental requiere el uso de dos láseres pulsados, el primero en el UV para producir la avalancha electrónica de Townsend, y el segundo, disparado en la zona de formación de iones negativos, para fotodesprender el electrón extra presente en dichos iones como función de la longitud de onda del pulso, y el tiempo de retardo de disparo entre ambos láseres. En este trabajo se presenta un sistema automatizado de obturadores que permite el bloqueo de cualesquiera de los dos láseres para sustraer de la señal medida solo el efecto de fotodesprendimiento de los iones negativos estudiados. El control principal está conformado por electrónica básica, una placa de relevadores los cuales accionaran a los obturadores y este sistema está apoyado de una DAQ. Los obturadores fueron construidos y diseñados en conjunto con el taller mecánico del instituto para una mayor precisión de apertura y cierre. El sistema está diseñado para trabajar de forma local o remota mediante un programa de control en LabVIEW. Proyecto apoyado por UNAM PAPIIT IN114624

Instrumento para Ilustrar el Protocolo BB84 de Transmisión Cuántica de una Llave Criptográfica

Se presenta un arreglo de laboratorio que simula el protocolo Bennett-Brassard 84 (BB84) para el envío seguro de una clave criptográfica utilizando la superposición cuántica de estados de fotones polarizados. A diferencia del protocolo BB84, que emplea fotones individuales, el arreglo a presentar de bajo costo utiliza un haz láser, sacrificando así la seguridad inherente que garantiza la mecánica cuántica contra posibles interceptaciones y retransmisiones del mensaje por agentes espías. Esta seguridad se asegura cuando se utiliza un único fotón polarizado para enviar un qubit de información a la vez. No obstante, este instrumento es valioso en un laboratorio de enseñanza para que los estudiantes de Física e Ingenierías comprendan a fondo el protocolo BB84. El instrumento puede mejorarse progresivamente con equipos más sofisticados y costosos para utilizar fotones individuales, logrando así una adhesión fiel al protocolo BB84 y garantizando la transmisión segura de la clave criptográfica. El equipo se basa en el uso de una computadora conectada a un microcontrolador ESP32, mediante un puerto serie o, alternativamente, por WIFI. Este microcontrolador controla, a través de HTML y JavaScript, un láser, un par de servomotores que giran los polarizadores, y un fotodiodo que detecta los fotones que transmiten la información. Este sistema es esencial para la educación, permitiendo a los estudiantes familiarizarse con los conceptos y aplicaciones de la criptografía cuántica, y sentando las bases para futuras investigaciones y desarrollos en este campo. Dada la sencillez del sistema, se presenta físicamente el sistema y se realizan demostraciones prácticas.

Instrumentación Virtual Aplicada a la Espectroscopia Acústica Resonante

La instrumentación virtual ha revolucionado la forma en que se realizan estudios en diversas áreas científicas, incluyendo la espectroscopia acústica resonante (ARS). La ARS es una técnica que permite conocer las propiedades elásticas de un material sin destruir la muestra, en comparación otros ensayos en el cual se destruye la muestra para conocer sus propiedades por ejemplo el módulo de young, está técnica consiste en enviar señales a diferentes frecuencias y observar la respuesta de la muestra bajo estudio En el laboratorio de Ondas y Materiales de la UAM-Azc, se ha desarrollado un instrumento virtual que emula las funciones de un analizador de redes vectorial (VNA), pieza clave en la ARS. Este instrumento virtual consiste en un PicoScope 4824 el cual incluye un generador de señales y osciloscopio, y ha sido optimizado para mejorar el procesamiento y la limpieza de datos. Además, se desarrolló una interfaz de usuario intuitiva creada con el lenguaje de programación Python, lo que facilita la realización de mediciones de manera más práctica y eficiente. La aplicación de esta instrumentación virtual en la ARS permite generar y comparar señales senoidales de diferentes frecuencias, analizando el espectro de frecuencias para determinar las propiedades mecánicas de sistemas elásticos. Los ensayos realizados con este nuevo dispositivo han demostrado que los resultados experimentales coinciden con las teorías existentes sobre las propiedades de los materiales estudiados, validando su precisión y efectividad.

Desarrollo de un Sistema de Arreglos de Bobinas Helmholtz para Estudios Magnéticos de Compuestos en Medios Líquidos

Este trabajo presentamos el desarrollo y la implementación de un sistema de arreglos de bobinas Helmholtz diseñado para la caracterización magnética uniforme de compuestos magnéticos en medios líquidos. El objetivo principal es crear un entorno magnético homogéneo que permita estudiar las propiedades magnéticas de los compuestos con alta precisión y reproducibilidad. El sistema consta de dos arreglos de bobinas Helmholtz configuradas como cuadrupolo para generar un campo magnético uniforme en la región central, donde se colocan las muestras de compuestos magnéticos en solución. Esta configuración es ideal para minimizar las variaciones del campo magnético y asegurar mediciones precisas. El diseño y la disposición de las bobinas fueron optimizados mediante simulaciones y experimentación para garantizar un rendimiento óptimo. Se llevaron a cabo pruebas exhaustivas utilizando compuestos magnéticos conocidos para validar el sistema. Los resultados demostraron que el sistema de bobinas Helmholtz proporciona un campo magnético uniforme y estable, permitiendo una caracterización detallada de las propiedades magnéticas de los compuestos en medios líquidos. Además, la versatilidad del sistema permite su uso en una amplia gama de aplicaciones, desde la investigación fundamental hasta el desarrollo de materiales magnéticos avanzados. Este desarrollo representa una herramienta valiosa para investigadores y profesionales en el campo de la magnetismo y los materiales, facilitando estudios más precisos y confiables de compuestos magnéticos en medios líquidos. La implementación de este sistema de bobinas Helmholtz abre nuevas posibilidades para la innovación en la caracterización y aplicación de materiales magnéticos.

Sistema de Control y Calibración del Observatorio Mexicano de Radiofrecuencias

Presentamos los avances de OMAR: El Observatorio Mexicano de Radiofrecuencias. Esta nueva red de radio receptores para la banda comercial de FM cubre 5 ciudades del país: Ensenada BCS, Monterrey NL, CDMX, Morelia MICH y Merida YUC. Actualmente contamos con el sistema distribuido de recepción de señales y los modulos de procesamiento de lenguaje natural para realizar la transcripción a texto proveniente de los audios recabados por las radioestaciones en tiempo real. El sistema esta diseñado para la eficiencia, seguridad y escalabilidad de la red. Utilizamos la tecnología de Radio Definido por Software para el Backend y utilizando una señal de referencia GPS tenemos las capacidades de calibrar los receptores para asi garantizar las frecuencias centrales de observación. Los datos recabados se encuentran almacenados en los servidores del Laboratorio Interdisciplinario de Cómputo Científico (LINCC) de la ENES Morelia de la UNAM y contamos con un coordinador que a través de modulos de recepción, procesamiento y almacenamiento permite la interoperatividad y configuración de la red.

Construcción de un Zeusófono

Nikola Tesla fue un visionario científico quien tuvo la idea a finales del siglo XIX de crear un dispositivo el cual pudiera transmitir energía eléctrica hacía otros aparatos sin necesidad de cables siendo de forma más específica un generador electromagnético que produce descargas de altas tensiones a altas frecuencias, dicho invento sería conocido posteriormente como bobina de Tesla en honor a su creador. El zeusófono es un tipo especial de doble resonancia de esta bobina, donde se busca que la frecuencia a la que trabajan los componentes que la integran estén dentro de las frecuencias audibles para el oído humano (20Hz-20kHz), para este proyecto se optó por un rango de 5-15kHz, su construcción implica la aplicación de conceptos conocidos dentro de la electrónica y física, tales como el circuito RCL, frecuencia de resonancia, Ley de Lenz, Ley de inducción de Faraday, entre otros. Para el capacitor principal se utilizó el recurso de la impresión en 3D, usando como dieléctrico en su interior aceite de ricino comercial. El circuito eléctrico que modulará el voltaje de entrada para crear el sonido, se planificó e imprimió a fin de que albergara elementos como un mosfet IRF-510 y un integrador NE-555. Para la estructura se considera la elaboración de bobinas primarias y secundarias que formarán una especie de transformador que amplificará la diferencia de potencial inicial aplicada con un valor medido de 2V a uno más grande, cuyo valor esperado y en el que se sigue trabajando es de 2.5x106V, con el aire creará arcos eléctricos al romper su rigidez dieléctrica, estos arcos son una forma visible del plasma que causará que el aire se caliente provocando su contracción y expansión, de esta forma se producen las ondas de sonido que caracterizan a este instrumento.

Interfaz para una mano robótica impresa en 3D

Este trabajo tiene como objetivo principal la reproducción y optimización de una interfaz utilizada para controlar una mano robótica InMoov de código abierto. La razón fundamental para realizar este proyecto radica en el deseo de tener una mano robótica funcional que pueda realizar las actividades básicas de una mano humana. Esto incluye tareas como agarrar objetos con diferentes formas y tamaños, así como realizar movimientos coordinados. La mano que usaremos se imprimió en una impresora 3D Anycubic Kobra con filamento PLA. Para lograr el movimiento de la mano se usan motores digitales de torsión (servomotores), modelo MG996R. Para la comunicación con los motores se implementa un sistema de control utilizando un placa microcontroladora Arduino que se programa en C++ y Python. Esto nos permite gestionar la movilización de la mano. Se presenta a detalle la interfaz diseñada, que está hecha de tal forma que permita una interacción intuitiva con el usuario.

Implementación de una Interfaz Automatizada para el Estudio del Efecto Hall

La necesidad de automatizar los procesos y mediciones en el ámbito educativo e investigativo se ha vuelto crucial para mejorar la eficiencia y la calidad de los experimentos. Al desarrollar instrumentos de medición específicos para la física, buscamos obtener resultados más confiables y consistentes al efectuar experimentos y pruebas en el laboratorio, así como establecer los fundamentos técnicos para promover un desarrollo interno de instrumentos de medición eventualmente aplicables a todos los laboratorios de enseñanza de la facultad. Actualmente se encuentra en desarrollo el proyecto PAPITT-IN112523 “Materiales luminiscentes persistentes: síntesis, caracterización y su aplicación en energías renovables”. Para lograr resultados concretos en esta investigación se requiere del desarrollo e implementación de un equipo de control para sensores Hall. Este equipo debe ser controlado a través de una computadora compatible con PC. En el presente trabajo se expone el diseño, desarrollo e implementación del equipo de control para sensores Hall y la interfaz de usuario diseñada y operativa para el SO Windows 10 o posteriores. Este sistema presenta las ventajas adicionales de ser escalable y operativo para experimentos en el área docente que comprendan temas relacionados a la conductividad eléctrica y la magnetorresistencia en materiales. Agradecemos al Taller de Control y Electrónica y al Taller de Ciencia de Materiales de la Facultad de Ciencias de la UNAM, así como, al proyecto PAPIIT IN112523, el apoyo brindaod para larealización de este trabajo.

En búsqueda de la capacitancia del Hilbertrón, capacitor coplanar para la medición de humedad y permeabilidad del suelo, resolución por método numérico, comparación experimental y curvas de caracterización de un suelo

Se presentan los avances realizados en la creación de un condensador coplanar con electrodos basados en una pseudo curva de Hilbert de segundo orden (nombrado el Hilbertrón) para la determinación de la humedad y permeabilidad de suelos dentro del contexto del desarrollo del Ecomático 3000, un dispositivo que amplía la base de datos de mediciones agroambientales para proponer modelos de cultivo resilientes al cambio climático. Se calculó la capacitancia del capacitor bloque (i,e. el sensor se compone de un arreglo de varios capacitores bloque) mediante el método de relajación modificado usando diferencias finitas centradas de cuarto orden, con una tolerancia del orden de 10-7, además se expone el comportamiento del campo eléctrico, el potencial y la carga; se realizan comparaciones con las capacitancias registradas con un medidor LCR (20 Hz) de dos arreglos recubiertos con un material de función dieléctrica conocida y con resina UV para pcb. El comportamiento de un circuito RC utilizado para detectar el cambio de humedad fue modelado utilizando series de Fourier con una onda cuadrada como voltaje de entrada (Vpp 3V) y con la función de transferencia H(ω) del capacitor, la cual se calculó eligiendo un modelo de capacitor real basado en el barrido de frecuencias del medidor LCR, se comparan los resultados con los registrados al medir el voltaje del condensador del circuito RC en operación. Se muestran los avances aún no concluyentes del comportamiento del Hilbertrón con un suelo, para determinar la humedad y permeabilidad, y se comparan los resultados con el modelo teórico, se espera caracterizar el comportamiento dieléctrico del suelo en un futuro.

Fabricación de Sensores de Gas de Alta Precisión mediante un Sistema de Depósito Automatizado Basado en CNC

Un sistema de depósito automatizado basado en una máquina CNC (Control Numérico por Computadora) para la fabricación de sensores de gas permite una precisión y repetibilidad mejoradas en la deposición de materiales sensibles sobre substratos. Este enfoque se utiliza para crear sensores de gas de alta precisión, esenciales en aplicaciones de monitoreo ambiental, industrial y de seguridad. El sistema de depósito automatizado integra una máquina CNC con un módulo de deposición de material, que deposita una película delgada sensible al gas sobre un substrato. La precisión de la máquina CNC asegura que el patrón de deposición sea exacto, mejorando la uniformidad y sensibilidad del sensor resultante. Las ventajas que se tienen con esta variación presentada del método de depósito por drop-casting, son principalmente el uso de distintas películas sensibles para depositar en un mismo lote de sensores, la nula intervención del usuario al momento de la fabricación de hasta 10 sensores de gas y que estos 10 sensores de gas pueden ser obtenidos en un tiempo menor a 20 minutos. Se presentan resultados de la facilidad de uso de esta técnica de depósito automatizado, del uso de la película de Óxido de Grafeno reducido (OGr) para la fabricación de sensores de humedad y la caracterización de la respuesta de dichos sensores en un sistema dinámico de medición, donde se encontró una rápida respuesta ante diferentes humedades y buena repetibilidad en las respuestas por parte de los sensores fabricados.

Sistema optomecatrónico para cuantificar la rotación de la polarización lineal de la luz en materiales cromoactivos para aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos

En este trabajo se presenta un dispositivo optomecatrónico para medir la rotación de la luz en materiales cromoactivos especialmente LOFINA y PEDOT: PSS. El arreglo experimental del sistema consta principalmente de un polarizador lineal y un analizador, cuyo funcionamiento se basa en la Ley de Malus. En la entrada del sistema se utiliza una fuente de luz no polarizada, la cuál se polariza al pasar por el polarizador lineal, este filtra la luz de manera que solo permita el paso de la componente que oscila en la dirección de su eje de transmisión. La luz polarizada que sale del polarizador lineal incide en el analizador y la intensidad de luz que pasa a través del analizador depende del ángulo entre los ejes de transmisión del polarizador y el analizador. Para controlar el ángulo del polarizador se utiliza un servomotor Dynamixel XL330-M288T que tiene una resolución de giro de 0.087891°, por medio de un arreglo de engranajes helicoidales se trasmite el giro y se controla por medio de programación en el entorno Python. Los engranes y bases para este arreglo son diseñados con el software de SolidWorks y es acoplado a un controlador de temperatura Qpod/MPKit. Una vez acoplado todo el sistema este nos permite colocar muestras de sustancias entre los polarizadores y estudiar el comportamiento de la luz polarizada linealmente al ser transmitido en estas sustancias y variar la temperatura desde -15 °C a 105 °C. Finalmente, para medir la potencia óptica se utiliza un fotodetector que mide en el rango de 200 -1100 nm y para el espectro del haz de luz se obtiene a través del espectrómetro modelo HR4000CG-UV-NIR.

Desarrollo de una configuración de un sensor de fibra óptica para medir vibración en estructuras

En esta propuesta se presenta la medición de vibración utilizando fibra óptica. La caracterización se llevó a cabo en pruebas de laboratorio donde se implementó una estructura metálica y un PVC que simula una viga. En este PVC se encuentra la fibra óptica tensada con tres poleas que se encuentran espaciadas de forma equidistante. La estructura metálica proporciona un soporte estable para las pruebas, mientras que el tubo de PVC simula las condiciones de una viga real, permitiendo una evaluación precisa de la respuesta del sensor a las vibraciones. Se realizaron diversas pruebas con fibras ópticas monomodo y multimodo para evaluar su rendimiento en la detección de vibraciones. Además, se desarrollaron estructuras que combinan fibras multimodo y monomodo con el objetivo de mejorar la sensibilidad y la precisión de las mediciones. Estas estructuras aprovecharon las ventajas de ambos tipos de fibra óptica: la alta sensibilidad de las fibras multimodo y la capacidad de transmisión de larga distancia de las fibras monomodo. Durante las pruebas, se aplicaron diferentes niveles de vibración a la viga simulada utilizando un excitador de vibración controlado. El sensor de fibra óptica se conecta a equipos de medición para registrar las señales ópticas generadas por las vibraciones. Los datos recogidos se analizaron para determinar la respuesta del sensor en términos de frecuencia de las vibraciones detectadas. El sensor mostró una capacidad de medir frecuencias desde 8 Hz hasta 32 Hz. La estructura, que combina fibras multimodo y monomodo, ofreció un equilibrio óptimo entre sensibilidad y precisión. Esta estructura demuestra ser especialmente útil en aplicaciones donde se requiere una alta resolución en la detección de vibraciones.

Banco de prueba para batería inercial como captador de picos energéticos durante el frenado regenerativo

El frenado regenerativo es una tecnología utilizada en vehículos eléctricos e híbridos que permite recuperar parte de la energía cinética del vehículo durante el proceso de frenado y convertirla en energía eléctrica. Esta energía recuperada se almacena en la batería del vehículo y puede ser utilizada posteriormente para alimentar al motor eléctrico, mejorando así la eficiencia energética del vehículo y aumentando su autonomía. Un problema con este sistema es que no es capaz de recuperar los picos de energía que se presentan durante un frenado intenso, debido a que las baterías que se utilizan no son capaces de soportarlos. Una solución parcial es la utilización de capacitores, pero estos tienen limitada capacidad por unidad de peso y volumen. En este trabajo se presenta el diseño de un banco de prueba para experimentar con baterías que almacenen energía en forma de energía cinética de rotación y que puedan ser utilizadas como captadores de energía durante el frenado regenerativo intenso. Se muestra el diseño y los primeros resultados experimentales.

Mejoras en el diseño y construcción de un espectroscopio acústico

La espectroscopia acústica de resonancia (ERA) se enfoca en el estudio de las ondas sonoras y su interacción con la materia. A través de esta técnica, es posible analizar las propiedades elásticas y acústicas de diferentes materiales. La ERA se basa en el principio de que las ondas sonoras se ven afectadas por las propiedades mecánicas de los materiales a través de la propagación y reflexión de estas ondas. Al estudiar las características de estas ondas y cómo interactúan con la muestra, es posible obtener información valiosa sobre la estructura y las propiedades del material. En este trabajo se mejoró un espectroscopio acústico (EA), diseñado y construido en el laboratorio de Espectroscopia de Bajas Frecuencias-BUAP, previamente presentado en el CNF 2023, con el propósito de usarlo posteriormente en la caracterización de soluciones acuosas. El EA consta de un audio en archivo WAV de un barrido de frecuencias de 20Hz a 10kHz a una frecuencia de muestreo de 96KHz, un micrófono de medición Dayton Audio EMM6 de respuesta plana, un monitor de audio, una cuba de geometría variable diseñada en un programa de CAD e impresa en 3D donde se coloca la muestra a analizar y una mezcladora de audio Alesis MultiMix 16. El micrófono se utiliza como transductor de las ondas acústicas a eléctricas el cual está conectado a la mezcladora y ésta a una computadora. Las frecuencias acústicas son reproducidas por la mezcladora a través del monitor de audio; estas atraviesan la muestra a analizar, la cual se coloca en la cuba de volumen variable y son recogidas por el micrófono digitalizadas por la mezcladora y grabadas en la computadora. Para caracterizar el EA se hizo un barrido con agua tri-destilada en la cuba para normalizar la curva obtenida y tomarla como curva característica y referencia para las posteriores mediciones.

Jaula para porcinos con sensor de temperatura y sensor subcutáneo para el control de glucosa

Introducción El proyecto propone un nuevo diseño de jaula y un sistema de medición para temperatura y glucosa en lechones y cerdas, junto con control de temperatura ambiental, para reducir decesos por hipotermia y prever el parto de cerdas. Objetivo Nuestro objetivo es diseñar y desarrollar una jaula que contenga un diseño innovador, así como un sistema de censado de la glucosa y el monitoreo de la temperatura ambiental de la jaula para el cuidado del cerdo. Justificación Es necesario innovar en el sector primario debido a la gran demanda de alimentos por parte de la gente ya existente y por existir pues debido a la sobre población mundial que actualmente existe en el mundo esto en unos cuantos años más o en un futuro muy lejano nos va a afectar la escasez de alimento y empezaremos a darle importancia a este sector que por años se le ha descuidado previendo esto nuestro producto eliminara los problemas actuales en el tiempo del parto y el destete del lechón. Contamos con diversos sistemas independientes como son: Sistema de temperatura Este sistema contara con sensor LM35 con función de recibir las señales de temperatura ambiente en el entorno donde se encuentra ubicado el sensor ya que este estará configurado y programado de tal forma que mande una señal indicando que la temperatura ambiente este subiendo o bajando, superando los niveles establecidos que necesita el porcino para mantenerlo sin riego a cambios de temperatura Sistema de medición subcutáneo para medición de glucosa implante subcutáneo de monitoreo continuo de glucosa que se utiliza en medicina veterinaria. Este dispositivo se implanta debajo de la piel del cerdo y mide continuamente los niveles de glucosa en su sangre, funcionando de manera similar a un monitor de glucosa continúo utilizado en humanos con diabetes. Conclusión Con este proyecto obtuvimos los conocimientos a detalle el proceso de automatización y análisis de sistemas para obtener respuestas y variables acertadas.

Sistema wearable basado en unidades de medición inercial para el análisis automatizado de la marcha humana mediante la estimación de los arcos de movilidad (AM) en miembros inferiores

La marcha humana (MH) es un proceso biomecánico complejo afectado fácilmente por diversas patologías, impactando directamente en la calidad de vida de quienes las padecen. Según la OMS en 2020, una de las principales causas de discapacidad en extremidades inferiores son los trastornos musculoesqueléticos. Representando la segunda y tercera causa a nivel mundial y en México, respectivamente. Estas patologías provocan debilidad muscular, dolor y espasticidad, limitando los AM en miembros inferiores. La evaluación clínica suele realizarse con goniómetros e inclinómetros con el objetivo de estimar los AM de las articulaciones en varios planos. Sin embargo, estás herramientas sólo permiten la evaluación en posiciones estáticas. En los últimos años, los sistemas basados en unidades de medición inercial y magnética (MIMU) han demostrado ser una alternativa para una evaluación dinámica y ambulatoria. Por lo tanto, este trabajo desarrolla y valida un sistema basado en múltiples MIMU para el análisis y evaluación automática de la MH. Las MIMU se colocan en pies, pantorrillas, muslos y el tronco, estas contienen un giroscopio, acelerómetro y magnetómetro, que proporcionan velocidad angular, aceleración y campo magnético, respectivamente. Estas señales, previamente calibradas, son adquiridas a través de un microcontrolador y enviadas inalámbricamente a una computadora para su almacenamiento y procesamiento. La orientación de cada una de las unidades se estima calculando su matriz de rotación, mediante un filtro de Kalman que incorpora las tres señales inerciales. A partir de una interfaz gráfica, se visualiza la postura de las extremidades inferiores y los AM en tiempo real. Se realizaron pruebas en sujetos de control para validar la confiabilidad del sistema durante las dos fases principales de la marcha: estática y dinámica. Este sistema constituye la etapa inicial para el desarrollo de entornos seguros de realidad virtual para la reeducación de la MH.

Diseño y construcción de espectrómetro UV-Vis con técnicas de impresión 3D

En el presente se expone el desarrollo de un espectrofotómetro construido en su totalidad en el Laboratorio de Materiales de la FCFM BUAP mediante técnicas de impresión 3D por filamento, y controlado mediante Arduino. Con el propósito de realizar transferencia de tecnología, se experimenta con matrices de estado para el control del motor a pasos, se integra el filtro de Savitsky-Golay en tiempo real y se imprimen rejillas de difracción con resina 3D.

Diseño y Construcción de un Impactador por Caída Para Lesiones de Médula Espinal

La investigación de lesiones de la médula espinal requiere herramientas precisas para simular impactos y estudiar sus efectos biomecánicos. Hemos desarrollado un impactador controlado para producir lesiones específicas en la médula espinal de ratas Wistar, basado en el protocolo NYU/MASCIS, (Desarrollado en la Universidad de Nueva York y adoptado por el programa de Estudios de Lesiones de la Médula Espinal en Múltiples Animales (MASCIS)) ampliamente reconocido en la literatura científica como un referente para la comparación de resultados de diferente procedencia. Para simular los impactos, empleamos una barra de 10 gramos como objeto de caída. Utilizamos dos encoders ópticos con una resolución de 600 líneas para medir los parámetros del impacto y así medir la velocidad y la aceleración. Estos datos son cruciales para caracterizar con precisión la lesión inducida. Las señales generadas por los encoders se registraron mediante una placa de desarrollo Arduino . La información del impacto se procesó en una computadora personal utilizando un software desarrollado en lenguaje Python. Con este desarrollo dotamos al grupo de Ingenieria de Tejidos, del Departamento de Física-UAM, con la infraestructura para medir y caracterizar con precisión los impactos; esto les permitirá un estudio más detallado de la respuesta de la médula espinal a las lesiones, potenciando futuras investigaciones y el desarrollo de terapias.

Visión computacional como herramienta auxiliar en la física biomédica

En el ámbito científico, la identificación y monitorización de procesos experimentales, así como la optimización en la adquisición de datos, son de importancia. La visión computacional se presenta como una herramienta que permite la identificación de objetos y patrones, facilitando así la recolección de datos y la realización de operaciones eficientes. La pandemia de SARS-COV-2 puso en evidencia la necesidad de mejorar los procesos de diagnóstico mediante el análisis de imágenes, tanto para la detección inicial como para el seguimiento de los pacientes. Durante la pandemia, observamos que en el área de imagenología, la identificación oportuna de lesiones pulmonares, como el derrame pleural y la consolidación, así como la detección de artefactos como el vidrio esmerilado en la tomografía de tórax, eran factores relevantes para la precisión del diagnóstico de SARS-COV-2. A partir de estas observaciones, investigamos y propusimos el uso del análisis de imágenes y la clasificación de artefactos desde un enfoque de visión computacional combinado con métodos de Machine Learning. Finalmente, optamos por utilizar técnicas avanzadas de segmentación, superpixeles y clasificación supervisada (SVM), obteniendo como resultado una metodología efectiva. Sin embargo, concluimos que la calidad de la imagen en las tomografías computarizadas es directamente proporcional a la eficiencia del clasificador. Resultados que presentamos en el presente trabajo. Este hallazgo abre un amplio abanico de aplicaciones en el área de imagenología biomédica para el diagnóstico de otras diversas enfermedades. Gracias al club de Robótica INCUBOT con sede en el Taller de Control y Electrónica de la Facultad de Ciencias por el apoyo recibido para la realización y conclusión de este trabajo.

Dispositivo automático para medir estados de polarización con los parámetros de Stokes

En el mundo de la óptica, la polarización es uno de los temas más recurrentes y aunque no lo parezca, es algo que está presente en nuestro entorno cotidiano. Se puede describir a la polarización como una característica esencial de las ondas electromagnéticas que define la dirección del campo eléctrico durante su propagación en el espacio. Actualmente, existen diversos métodos para medir los estados de polarización; Sin embargo, este proyecto se rige bajo los parámetros de Stokes. Introducidos por George Gabriel Stokes en 1852, ofrecen una alternativa matemáticamente conveniente a la descripción tradicional de la radiación incoherente o parcialmente polarizada, que se basa en su intensidad total, el grado de polarización y los parámetros de forma de la elipse de polarización. Si bien no es complicado medir estados de polarización, se considera problemático hacerlo de forma manual, por lo que se fabricó un dispositivo automático capaz de medir los estados de polarización de un láser usando un motor semiautomático conectado a un Arduino, el cual está programado para que el usuario ingrese un código correspondiente a cada estado de polarización lineal, y así, este rote automáticamente un polarizador semicircular de todos los estados de polarización. En este arreglo se usa un láser de estado sólido rojo, un retardador de un cuarto de onda, un polarizador lineal y un medidor de potencia para medir la intensidad de nuestro haz. De igual forma se trabaja en un código en el que el usuario registra las medidas de potencia usando del dispositivo y del sensor. De esta forma se puede conocer que polarización tiene el láser empleado y si este se encuentra polarizado hacia la derecha o izquierda, así como una simulación de la esfera de Poincaré con los datos registrados para poder analizar más profundamente el estado de polarización del láser utilizado. Se espera que este dispositivo sea de gran utilidad para automatizar de manera eficaz la polarización de cualquier láser.

Sistema mecatrónico para el desarrollo de fibras adelgazadas por ataque químico

En este trabajo se diseñó un sistema mecatrónico para la fabricación de fibras adelgazadas mediante ataque químico. El sistema consta de dos soportes que contienen dos sujetadores de fibra óptica, separados por una distancia de aproximadamente 20 cm. Entre estos soportes, a 10 cm de cada uno, se colocó un tercer soporte para el recipiente de ácido fluorhídrico, donde la fibra óptica se tensa para adelgazarse. Este soporte contiene un motor a pasos que permite su movimiento vertical (eje Y). El funcionamiento del sistema consiste en colocar la fibra óptica que se desea adelgazar en un molde tipo embolo, tensarla en ambos extremos con los sujetadores y depositar ácido fluorhídrico en el recipiente que contiene la fibra óptica. Tras un tiempo de exposición determinado, el soporte con el recipiente de acido desciende automáticamente, retirando el ácido fluorhídrico de la fibra óptica. El tiempo de exposición puede ser ajustado por el usuario en función del diámetro deseado para la fibra. Además, el sistema incluye una interfaz grafica que permite la manipulación manual del dispositivo. Los resultados preliminares mostraron que las fibras ópticas se adelgazaron de manera geométrica con repetibilidad experimental, logrando un margen de ±3 micras.

Diseño de un prototipo de elipsómetro por rotación de analizador basado en Arduino

Se presenta el diseño, construcción e implementación de un prototipo de elipsómetro para análisis de materiales dopados con tierras raras. Se utiliza el método de analizador rotativo para detectar cambios en la polarización de la luz reflejada por la muestra y posteriormente obtener los parámetros ópticos. El funcionamiento del prototipo está basado en un microcontrolador tipo Arduino, el cual realiza las mediciones y posteriormente el análisis. El elipsómetro cuenta con una fuente de emisión láser monocromática a 632nm y polarizada linealmente, una pieza para montaje de las muestra y un sistema analizador/detector. El Arduino controla de manera sincronizada el giro del analizador y la adquisición de datos de intensidad de manera sincronizada. Una vez obtenidos los datos, éstos son guardados en una tarjeta de memoria tipo “micro SD” externa y simultáneamente transferidos a una computadora utilizando el puerto serial. El análisis de los datos puede llevarse a cabo desde el mismo Arduino o puede ser ejecutado posteriormente

Sistema portátil para la determinación de presión y altura usando un sensor BMP180 para la ciudad de Puebla

La importancia de medir la presión como función de la altitud radica en que el ser humano puede presentar problemas de salud generados por el nivel de saturación de oxígeno en la sangre provocados por los cambios de presión. Por lo que en el presente trabajo se obtuvieron los datos de temperatura, presión y altitud sobre el nivel del mar, durante un trayecto para comparar las mediciones de un sensor de presión con los datos del servicio meteorológico nacional. Se construyó con la tarjeta Arduino Uno y un sensor de presión digital BMP180 (Bosch) un sistema portátil de adquisición de datos de temperatura, presión y altitud con respecto al nivel del mar. Esta información fue almacenada en una memoria SD cada segundo. Los datos obtenidos se analizaron y ajustaron a la ecuación de presión atmosférica. Se registraron 2115 lecturas de presión atmosférica, temperatura y de altitud sobre el nivel del mar, el intervalo de medición de presión es de: 772.68 a 792.44 ± 1.0 mbar, con una altitud de: 2025.83 a 2228.60 ± 1 metros sobre el nivel del mar respectivamente. Se consultaron los datos registrados por el servicio meteorológico nacional cercanos a San Pablo del Monte y la Ciudad de Puebla, que son 732 a 801 mbar para comparar los datos obtenidos con el sistema portátil y se encontró un error del 5%. El sistema portátil presentó una precisión de ±5.47 metros para la altura y ±50.35 mbar para la presión. El ajuste de los datos arrojó la ecuación $P(h)=1019.5e^{-0.000124373h}$ con un coeficiente de correlación $ R^2=0.999$

Optimización de Sistemas de Detección de Partículas Elementales en México mediante Cámara de Placas Resistivas (RPC)

En este proyecto, buscamos avanzar en la tecnología de detección de partículas elementales, específicamente en el uso de Cámaras de Placas Resistivas (RPCs), que requieren un manejo preciso del flujo de gas y un alto voltaje para su operación. Nuestro objetivo es implementar un sistema de monitoreo que mejore la eficiencia y precisión del flujo de gas dentro de los detectores. Para lograr esto, se incorporará un sensor de flujo de gas en el circuito de los RPCs para medir el volumen de gas que se introduce en el detector. Este sensor estará conectado a una Raspberry Pi, la cual desarrollará una interfaz que mostrará en tiempo real tanto el volumen como el flujo de gas. A partir de estos datos, se podrá regular manualmente el flujo, haciendo que el sistema sea semiautomático. La automatización parcial del sistema busca reducir la intervención humana en la calibración del detector, lo que se espera que disminuya los tiempos de investigación y aumente la eficacia de los estudios. Además, estos avances serán desarrollados en colaboración con el laboratorio Alice en el ecocampus BUAP, con el objetivo de que los resultados y mejoras sean presentados en el Congreso Nacional de Física, contribuyendo así al avance de la investigación científica en México y en sistemas internacionales.

Diseño y construcción de un espectrofotómetro de bajo costo para análisis de muestras

Se presenta el diseño y construcción de un prototipo de espectrofotómetro para su uso en el análisis óptico de muestras para síntesis y análisis de materiales nanoestructurados. El diseño del prototipo está conformado por tres partes que pueden ser configuradas de acuerdo con las mediciones específicas de la interacción de la muestra con la luz. La primera parte, corresponde a una fuente de luz de amplio espectro que puede ser filtrada para seleccionar una longitud de onda y polarización especifica. La segunda parte del instrumento es la montura para la muestra que puede ser orientada a diferentes ángulos de incidencia de la luz. Finalmente, el tercer componente es el sistema de detección de la luz transmitida y/o reflejada por la muestra; igualmente, se tiene la opción de un sistema de polarizador-analizador en esta parte. Las partes del prototipo de espectrómetro están hechas utilizando impresión 3D y cortadoras láser de uso casero, por lo que la construcción y mantenimiento son económicamente accesibles, además de que permiten realizar pruebas y mejoras en tiempos cortos. Así mismo, el sistema de control y adquisición de datos está basado en un microcontrolador tipo Arduino que facilita la programación y visualización de datos.