Alto impacto científico:

Especialistas UChile crean innovadoras herramientas físicas y matemáticas

Una nueva ley de física sobre materiales auxéticos, otra sobre remolinos de luz y una herramienta para comprender las estrellas, son parte de las iniciativas científicas levantadas por la FCFM de la Universidad de Chile. Los estudios buscan generar conocimiento aplicado desde las distintas disciplinas que componen la Facultad, a través de sus más de 100 laboratorios de investigación, más de 400 académicas y académicos, y más de 6 mil estudiantes de pre y postgrado.

Formando parte de sus valores institucionales, la Casa de Bello pone a disposición dos leyes físicas que permitirán generar nuevos materiales para variados usos, además de ser un aporte a la astronomía a partir de un modelo que propicia parámetros estelares

La nueva ley física de materiales auxéticos fue elaborada por Álvaro Núñez, Director del Departamento de Física UChile y Daniel Acuña, estudiante del doctorado en Ciencias mención Física, de la casa de estudios. Gracias a su creación, el equipo logró la elaboración de un nuevo material auxético que, a diferencia de los elásticos comunes, al estirarlo se engruesa y al comprimirlo se hace cada vez más delgado. El nuevo material tendría posibilidad de usos en seguridad, vestuario y salud.

Por su parte, Marcel Clerc, también Académico del Departamento de Física y Valeska Zambra, magíster en Ciencias mención Física UChile y estudiante del doctorado del Institute of Science and Technology Austria (ISTA) destacan por su estudio en torno a los remolinos de luz provocados por los cristales líquidos, sustancias con propiedades líquidas y sólidas presentes en pantallas digitales. El análisis a estos remolinos ha creado movimientos rotación, lo cual permite mover objetos e información en escalas pequeñas.

Asimismo ARIADNE, es el nombre herramienta desarrollada por el estudiante del Doctorado en Ciencias mención Astronomía de la Universidad de Chile, José Vines, en colaboración con el astrónomo de la Universidad Diego Portales, James Jenkins, la cual permite analizar la composición y otras características de las estrellas a través de un método matemático.

Materiales auxéticos: nueva ley de la física

La teoría experimental y computacional desarrollada por los investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Chile y del Instituto de Física de la Universidad Católica, permite establecer el comportamiento de los materiales auxéticos desde el punto de vista físico. Esto quiere decir, materiales elásticos con propiedades particulares diferentes a las comunes.

De acuerdo con el profesor Núñez, este procedimiento consiste en tres pasos y “establece restricciones geométricas para crear un patrón cuyos componentes se mueven ordenadamente, dando como resultado un auxético”. Es decir, un material que, a diferencia de los elásticos comunes, al estirarlo se engruesa y al comprimirlo se hace cada vez más delgado.

Actualmente el equipo de investigación compuesto por Gustavo Düring, Álvaro Nuñez, Humberto Plaza, Rodrigo Silva, Francisco Gutierrez y Daniel Acuña, se encuentra expandiendo esta teoría a la dimensión 3D, ya que el actual modelo de materiales auxéticos 2D es aplicable solo para placas o materiales planos. Por su parte, desarrollar la teoría en 3D permitirá aplicarla a objetos sólidos que podrán cambiar su volumen al ser deformados.

Asimismo, el estudio investiga el uso de estos materiales en distintas áreas. Por ejemplo, gracias a sus propiedades, se está probando su capacidad para absorber impactos en la fabricación de cascos y parachoques más seguros e, incluso, en la elaboración de suelas de zapatillas que reduzcan el impacto al hacer deporte.

Por otra parte, en el área de la salud, los auxéticos están siendo puestos a prueba para crear parches inteligentes que ayudarían con diversas enfermedades al corazón, sin estorbar el movimiento elástico de este órgano.

Dado a que estos materiales se acomodan con facilidad a cualquier tipo de superficie curva, también se está investigando su uso en el área textil, puesto que además tienen patrones muy llamativos, “lo cual los hace perfectos para crear nuevas prendas para vestir”, afirmó el docente.

Ley de Remolinos de Luz

La investigación liderada por Marcel Clerc y Valeska Zambra se centra en el análisis óptico de los cristales líquidos, sustancias presentes en pantallas de computadores y celulares, debido a su fácil adaptación molecular.

A través de sus propiedades líquidas, como la fluidez, y sólidas, como su respuesta a la exposición a la luz, los cristales líquidos se han ido incorporando a una serie de productos de la vida diaria de las personas, tal como su uso en cosmética, donde el traspaso que logra la luz en forma lineal, ha generado la creación de productos brillosos y multicolores.

“En nuestro caso, tomamos estos elementos para estudiar sus campos magnéticos y entender cómo funcionan. Hemos investigado el tipo de orientación que tienen estas moléculas, que lo hacen en distintas direcciones y por eso decimos que forman remolinos”, sostuvo Clerc.

En efecto, la luz que atraviesa estos remolinos desarrolla propiedades de vorticidad, lo que genera movimientos de rotación. Esta rotación permite mover otros objetos en escalas pequeñas, por ejemplo “cuando en un telescopio estás estudiando células, no tienes algún objeto mecánico que sirva para trabajar. En cambio, al usar este tipo de vórtices somos capaces de generar pinzas ópticas”, mencionó el académico.

Otro uso relevante es en las telecomunicaciones, ya que las propiedades de vorticidad provocadas por los remolinos de cristales líquidos permite mejorar la comunicación espacial. “En las comunicaciones espaciales no tenemos cables, por lo que la única opción es la luz. Si estás a mucha distancia y entremedio hay algún fluído, la señal se pierde en el camino. Si logras involucrar estos vórtices, la luz es mucho más fuerte y el mensaje se vuelve más resistente”, afirmó el docente.

Por último, el profesor Clerc, destacó el trabajo interdisciplinario convocado en el proyecto, el cual reúne profesionales de áreas como las matemáticas, las físicas y la química, tanto en la Universidad de Chile, como en la de Concepción. “En general hacemos más física, pero tratamos de aprovechar las capacidades de las distintas disciplinas e instituciones”.

ARIADNE: Herramienta para analizar las estrellas

ARIADNE, traducido al español como ajustador de distribución de energía espectral utilizando promedio Bayesiano de modelos, es un programa de código abierto capaz de modelar atmósferas de estrellas de forma automática, la cual logra proporcionar parámetros estelares como la temperatura de la estrella, distancia y tamaño con una alta precisión.

De acuerdo con su autor principal, José Vines, estudiante del Doctorado en Ciencias mención Astronomía de la Universidad de Chile, el proyecto surgió gracias al descubrimiento de un planeta durante el 2019, cuyo nombre por catálogo corresponde a ngts6p. Para poder caracterizar a este planeta, el investigador realizó un análisis donde una parte consistió en estudiar la composición de una estrella permitiendo conocer su flujo.

“A partir de esto, podemos sacar información relevante. Ese análisis se lo pedíamos a un colaborador, sin embargo, en algún momento pensé en que me gustaría hacer el análisis para tener la herramienta. Para ello usé la Técnica de Promedio Bayesiana”, afirmó el investigador, quien agrega que este último método matemático es solo uno de los diversos disponibles, sin embargo, es el más completo.

Finalmente, la investigación publicada en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society concluye que existe un potencial en la técnica Bayesiana para distintas áreas e industrias. Por ejemplo, en el área de la medicina, este modelo estadístico permitiría relacionar problemas de salud como brotes infecciosos con otras variables externas incidentes en su propagación.

 [APBB(1]Pusieron en dos párrafos seguidos “generar conocimiento”.Cambiaré uno

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