Física y Matemáticas

Un modelo matemático muestra que hay una tendencia global hacia el mutualismo entre especies

Wed, 21 Dec 2022 08:48:47 +0100

En los ecosistemas existen diversos tipos de interacciones ecológicas entre las especies. Una de las más conocidas es la depredación (una especie se come a otra, simplificando), pero existen otras variedades, como la competición por recursos, el mutualismo, el comensalismo, el parasitismo, etc. Sin embargo, se sabe que no se trata de estados permanentes, porque puede haber transiciones entre estas interacciones fruto de la evolución. Por ejemplo, una relación de depredación entre especies puede acabar convirtiéndose en una relación mutualista o simbiótica entre las mismas en el curso de la evolución.

Este nuevo modelo matemático permite estudiar el tipo de transiciones en las interacciones ecológicas. “Una de las conclusiones que hemos encontrado es que hay una clara tendencia al mutualismo: las interacciones ecológicas pueden comenzar como sea, pero en la mayoría de casos terminan desembocando en una relación mutualista”, señala uno de los investigadores, José Antonio Cuesta Ruiz, catedrático del Dpto. de Matemáticas de la UC3M, que ha publicado recientemente este trabajo en la revista científica Physical Review E junto a investigadores de la UPM, la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid y la Universidad del Pacífico en Lima.

En este artículo han mostrado también la alta frecuencia con la que ocurren estas transiciones en la naturaleza, descubriendo trayectorias evolutivas que transcurren por diversos estados intermedios, según los investigadores: “A pesar de tratarse de un modelo simple, su comportamiento emergente es complejo: muestra transiciones entre distintas relaciones ecológicas, pudiendo pasar por distintas etapas de mutualismo, depredación y competición antes de alcanzar su estado final”, añaden Javier Galeano y Juan Manuel Pastor, profesores de la UPM y coautores del trabajo.

Para su estudio, los investigadores han utilizado modelos clásicos de dinámica de poblaciones a los que han aplicado una técnica estándar en teoría evolutiva, denominada dinámica adaptativa. Esta técnica permite encontrar ecuaciones dinámicas para los parámetros del modelo de poblaciones, que determinan la naturaleza de las interacciones ecológicas. Con ello se puede estudiar cómo van cambiando dichas interacciones con el tiempo. “Este tipo de modelos, a pesar de que son modelos muy simples, son capaces de capturar elementos esenciales para proporcionar mecanismos de fenómenos emergentes. Son muy útiles a la hora de estudiar sistemas complejos”, señala Cuesta.

Referencia bibliográfica: Luciano Stucchi, Javier Galeano, Juan Manuel Pastor, Jose María Iriondo, José A. Cuesta (2022). Prevalence of mutualism in a simple model of microbial coevolution. Physical Review E. Vol. 106, Iss. 5. Published 1 November 2022.

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Un estudio de la UC3M encuentra un vínculo matemático entre eventos sociopolíticos y ciberataques avanzados

Thu, 27 Oct 2022 11:59:51 +0200

Los ciberataques que han analizado estos investigadores se denominan como amenazas persistentes avanzadas (conocidas como APT, del inglés, Advanced Persistent Threat). “Por la complejidad que suponen, indican que son los Estados los que están detrás de los mismos”, explica una de las autoras del estudio, Lorena González Manzano, profesora del Computer Security Lab del Dpto. de Informática de la UC3M. En esta investigación han analizado si existe una relación entre los ciberataques y ciertos eventos estratégicos, económicos y militares.

Si bien existía cierta atribución de intencionalidad de estos APT, hasta el momento no había una vinculación matemática que permitiese modelar estos ataques. Sin embargo, este trabajo liderado por la profesora González y publicado en la revista Security and Communication Networks indica que es posible establecer este vínculo. “El modelo se basa en información publicada por los medios de comunicación y otros indicadores económicos para explicar la ocurrencia de las APT”, apunta otro de los autores del estudio, el profesor José María de Fuentes, del mismo grupo de investigación de la UC3M. Las motivaciones de estos ciberataques son muy variadas. “Son mucho más sofisticados que los que pueden afectar a los usuarios normales. Habitualmente buscan el robo de propiedad intelectual o espionaje”, indica Lorena González Manzano.

Esta investigación abre la puerta a futuras líneas de trabajo, como “la propia predicción de ciberataques mediante la observación de otras variables que nada tienen que ver con el mundo ciber”, según de Fuentes. "Por ejemplo, en algunos casos el dato del nivel de exportaciones (como los teléfonos móviles) es útil para determinar si es probable que se produzca un ciberataque en un determinado país", añade la profesora González Manzano.

Este trabajo tiene un carácter interdisciplinar e integra “factores geopolíticos (para entender la relación entre países) con datos sobre los ciberataques y combina todo ello con una perspectiva matemática”, explican los investigadores. Esto ha sido posible gracias al proyecto CAVTIONS-CM-UC3M, co-financiado por la Comunidad de Madrid y la UC3M y liderado por la profesora González junto con la profesora Florabel Quispe, del Departamento de Derecho Internacional Público, Eclesiástico y Filosofía del Derecho de la UC3M.

Referencia bibliográfica: L González-Manzano, JM de Fuentes, C Ramos, Á Sánchez, F Quispe (2022). Identifying Key Relationships between Nation-State Cyberattacks and Geopolitical and Economic Factors: A Model. Security and Communication Networks, volume 2022, article ID 5784674, 11 pages. https://doi.org/10.1155/2022/5784674

Los premios Pioneras_IT 2022 del COIT reconocen a la UC3M

Thu, 20 Oct 2022 10:19:16 +0200

El objetivo de estos premios, que se han entregado en un acto celebrado el 19 de octubre, es visibilizar las contribuciones de las mujeres en el ámbito de las telecomunicaciones. La Mención Especial Institución Educativa Pioneras_IT ha sido recogida por la Vicerrectora Adjunta de Promoción de la UC3M, Celeste Campo Vázquez.

Esta mención especial se ha entregado a la UC3M por su iniciativa STEM for Girls UC3M, un programa para la promoción de vocaciones STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) entre niñas y jóvenes y engloba cuatro ámbitos de trabajo: actividades de mentoring, competiciones, talleres tecnológicos y artes escénicas. Ha contado con financiación de la FECYT y del Instituto de las Mujeres.

El Premio Pioneras_IT se creó en 2019 por el grupo de trabajo Mujer IT del COIT con el objetivo de aumentar la visibilidad del talento femenino en el ámbito tecnológico y, en particular en el de las telecomunicaciones, tradicionalmente dominado por la presencia masculina. Con la puesta en valor de los recorridos profesionales de diversas pioneras se pretende estimular las vocaciones científicas y técnicas entre niñas y jóvenes de cara al futuro.

Desarrollan un algoritmo para la predicción de la edad biológica

Mon, 10 Oct 2022 10:33:14 +0200

Según la información ofrecida por el Instituto Nacional de Estadística (INE), el índice de envejecimiento de la población española pasó del 0.908 en el año 1997 al 1.183 en 2017.

A su vez, en el mismo periodo de tiempo la esperanza de vida se vio incrementada exponencialmente.

Para la obtención de estos datos, el indicador que se utiliza comúnmente es la edad cronológica. Sin embargo, el envejecimiento de cada persona también está relacionado con sus hábitos de vida, entre otros factores.

El proyecto Aristóteles, llevado a cabo por un equipo investigador de la UC3M, ha elaborado una nueva metodología para el uso de un indicador más preciso a la hora de calcular el envejecimiento poblacional real. El desarrollo consiste en un algoritmo que predice la edad biológica de las personas, mediante la identificación de los factores que contribuyen al envejecimiento poblacional, y calcula la magnitud en la que influye cada uno.

“El envejecimiento es algo progresivo y muy complejo porque cada persona envejece de diferente manera. Algunos de los elementos que influyen son modificables, por lo que utilizar otro tipo de indicador, como la edad biológica, nos da una herramienta que permite conocer factores no saludables para poder corregirlos y así aumentar la esperanza de vida”, señala María Durbán, investigadora del Departamento de Estadística y coordinadora del proyecto.

Este algoritmo predictivo es el primero que combina hábitos de vida y biomarcadores genéticos y no genéticos en un mismo modelo. Sus aplicaciones principales están en el ámbito médico y de la salud pública, así como en ámbitos empresariales.

Un modelo matemático ayuda a explicar cómo circula la sangre por el cerebro

Wed, 02 Feb 2022 13:18:30 +0100

Las redes de flujo están conformadas por un conjunto de conexiones que transportan un fluido. Habitualmente, la corriente que circula por estos “conductos” aumenta si se incrementa la diferencia de presión entre la entrada y la salida. Sin embargo, en ciertas redes de flujo denominadas no lineales, como el sistema circulatorio, puede ocurrir que la corriente baje al aumentar la diferencia de presión. “Este comportamiento se llama resistencia diferencial negativa y se ha observado en los vasos sanguíneos y en dispositivos que conducen la electricidad”, indica uno de los investigadores, Miguel Ruiz García, investigador CONEX-Plus en el Dpto. de Matemáticas de la UC3M.

Los vasos sanguíneos se parecen más a órganos activos que a conductos rígidos. En concreto, las arterias están recubiertas por musculatura vascular que permite que tengan comportamientos como estrecharse o ensancharse en respuesta a distintos estímulos. Por ejemplo, cuando un vaso sanguíneo que alimenta a un órgano detecta que la presión a su entrada sube, puede responder a esa subida de presión estrechándose (comprimiendo sus músculos) para reducir el flujo y proteger así ese órgano. “Este efecto se denomina mecanismo miogénico y existen efectos parecidos que provocan que el flujo que pasa a través de un vaso sanguíneo no sea una función lineal de la diferencia de presión, sino una función no lineal presentando a veces una resistencia diferencial negativa”, comenta Miguel Ruiz García.

Este modelo teórico que permite estimar el tamaño de la red con un método que tiene en cuenta cómo son las conexiones entre los conductos y predecir así la frecuencia de las oscilaciones de presión se ha presentado recientemente en el Congreso Internacional sobre Redes Complejas y sus Aplicaciones. “Pudimos observar fenómenos interesantes como la aparición de ondas viajeras en estas redes complejas. Resulta que la frecuencia de estas oscilaciones cambia a medida que cambiamos la estructura de la red de formas muy diferentes. Explicar por qué estos diferentes cambios estructurales conducen a un cambio similar en la frecuencia fue muy desafiante y solo fue posible usando una métrica topológica: un valor que mide el tamaño ‘efectivo’ de la red”, explica Miguel Ruiz García.

Las métricas topológicas se denominan así porque utilizan la topología de la red, es decir, tienen en cuenta cómo son sus conexiones internas. “Por ejemplo, podemos medir la distancia entre ciudades en kilómetros y diremos que Madrid está más cerca de Teruel que de Barcelona. Pero si medimos la distancia como 1 dividido por el número de trenes que viajan al día de Madrid a cada una de las dos ciudades, entonces Barcelona está mucho más ‘cerca’ que Teruel según nuestra nueva forma de medir. Este tipo de medidas nos da información sobre la dificultad que existe de viajar de un punto a otro dentro de la red”, dice el investigador. “De manera similar, la medida topológica que usamos en nuestro caso nos dice el tamaño efectivo del sistema, por lo que si el sistema es más pequeño de manera efectiva entonces las ondas tardan menos en ir de un extremo a otro y la frecuencia aumenta, similar al caso anterior donde es más fácil ir a Barcelona que a Teruel”, concluye.

“Nuestros resultados teóricos podrían ayudar a otros investigadores a entender mejor las oscilaciones que se observan en la sangre que riega nuestro cerebro, ya que estos vasos sanguíneos presentan las condiciones que estudia nuestro modelo”, señala Miguel Ruiz García. “Por otro lado - continúa -, con nuestro trabajo experimental esperamos desarrollar nuevos dispositivos que ayuden a controlar el flujo en dispositivos de microfluídica (unos dispositivos con tuberías muy pequeñas que se usan en la industria farmacéutica y en muchos dispositivos de laboratorio)”.

Esta investigación comenzó cuando Miguel Ruiz García trabajaba como investigador posdoctoral en la Universidad de Pensilvania (EEUU), junto a la profesora Eleni Katifori. Actualmente se ha podido desarrollar gracias a su incorporación a la UC3M como investigador del programa de atracción de talento CONEX-Plus, financiado por la Universidad y la Comisión Europea a través de la acción Marie Sklodowska-Curie COFUND (GA 801538) del Programa Marco Europeo Horizonte 2020.

Más información:

Ruiz-Garcia, M. Katifori, E. (2021). Topology controls the emergent dynamics in nonlinear flow networks. The 10th International Conference on Complex Networks and their Applications. November 30 - December 2.. Madrid, España. https://complexnetworks.org/

Ruiz-Garcia, M. Katifori, E. (2021). Emergent dynamics in excitable flow systems, Physical Review E 103 (6), 062301. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.103.062301

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Analizan la influencia de los riesgos colectivos en la aceptación de normas sociales

Wed, 13 Oct 2021 10:56:47 +0200

Este artículo analiza la conexión entre normas sociales y comportamiento ante situaciones de riesgo colectivo. “Concretamente, vemos que cuanto mayor sea el riesgo de esa catástrofe colectiva, mayor es la fuerza que tienen las normas sociales (y, en particular, más se castiga a los que no las cumplen). Sin embargo, vemos también que al bajar la percepción del riesgo, baja el seguimiento y cumplimiento de la norma”, explica uno de los autores del trabajo, Anxo Sánchez, del Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos (GISC) del Departamento de Matemáticas de la UC3M.

En el contexto del cambio climático, por tanto, “si la gente lo percibe como un riesgo inminente, puede cobrar fuerza la norma social de ahorrar energía en calefacción y/o aire acondicionado en los hogares, y eso conduciría a menores emisiones; pero mientras no se perciba ese riesgo o disminuya el que se percibe, la norma social se sigue menos”, comentan los autores de este trabajo publicado recientemente en la revista Nature Communications.

Otro caso en el que se podrían aplicar los resultados del estudio es la pandemia de la COVID. “Con la vacunación se ha implantado en la sociedad una percepción de que el riesgo es más bajo. Eso lleva a dos cosas en la línea de lo que dice nuestro trabajo: por un lado, en colectivos donde la norma de usar la mascarilla no era muy fuerte, como en los grupos de edad más jóvenes, ha desaparecido de repente; por otro lado, sin embargo, la gente de más edad sigue llevándola por la calle cuando ha dejado de ser obligatoria. En este último caso, hay una inercia debida a la gran intensidad de la norma de llevar mascarilla (hay que tener en cuenta también el aspecto del reproche que mucha gente hacía a los que no la llevaban)”, indica Anxo Sánchez.

Para realizar esta investigación los científicos diseñaron un experimento social con 300 participantes, a los que dividieron en grupos de seis. Durante un mes, les solicitaron que todos los días tomaran una decisión: contribuir con una cantidad de puntos (como si fuera dinero) con el objetivo de evitar una catástrofe. Si no “invertían” lo suficiente, llegaba la catástrofe y todos perdían sus puntos. Luego les preguntaban por sus expectativas sobre lo que iban a contribuir el resto de participantes y sobre lo que los otros esperaban de ellos, lo que les permitió identificar la norma social y estudiar los comportamientos de las personas que sí tenían integradas esas normas cooperativas.

Este estudio se enmarca en el contexto de los fenómenos colectivos (o emergentes) que se observan en los sistemas complejos, con una perspectiva inspirada en la física. En este sentido, cada persona individual tiene sus expectativas y sus normas, pero las modifica observando a los demás, y solo cuando son compartidas entre mucha gente se convierten realmente en normas sociales.

Más información:

Referencia bibliográfica: Szekely, A., Lipari, F., Antonioni, A. et al. Evidence from a long-term experiment that collective risks change social norms and promote cooperation. Nat Commun 12, 5452 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-25734-w Más info: https://www.nature.com/articles/s41467-021-25734-w

Matemáticas para mejorar el tratamiento de la degeneración macular

Mon, 14 Jun 2021 13:52:17 +0200

La degeneración macular asociada a la edad (DMAE) es una enfermedad degenerativa de la mácula, la zona central de la retina. Actualmente no tiene cura y se caracteriza por una pérdida gradual de la visión central y es la primera causa de ceguera en mayores de 65 años en los países desarrollados. En España, la DMAE se calcula que afecta a unas 800.000 personas. A nivel mundial, habría cerca de 196 millones de personas afectadas y se estima que ascenderán a 288 millones en el año 2040.

Existen dos tipos de DMAE: la fase seca o atrófica, que suele ser la inicial y la más habitual, que avanza de forma lenta y progresiva; y la fase aguda, denominada como húmeda o exudativa, que resulta menos frecuente pero que tiene un peor pronóstico a nivel visual. En esta última forma de DMAE se produce una angiogénesis bajo la retina, un crecimiento anómalo de vasos sanguíneos muy frágiles que pueden perder líquido y sangrar, lo que puede causar la destrucción de las células fotorreceptoras necesarias para la visión.

En esta investigación los científicos de la UC3M han creado una simulación de un modelo computacional de la angiogénesis (la propagación de capilares sanguíneos) que tiene en cuenta cómo se produce este proceso en el ojo. “En este caso lo que ocurre es que, con la edad, una barrera (que se llama la membrana de Bruch) que separa los vasos capilares de la parte interna de la retina se hace menos permeable y, por tanto, no llega el oxígeno ni los nutrientes suficientes a los fotorreceptores. Entonces éstos emiten una señal (que se llama factor de crecimiento) que se difunde, pasa adonde están los vasos sanguíneos y provoca que aparezca esta angiogénesis, que es lo que genera la enfermedad”, explica Luis L. Bonilla, del Instituto Universitario sobre Modelización y Simulación en Fluidodinámica, Nanociencia y Matemática Industrial "Gregorio Millán Barbany" de la UC3M, que ha publicado recientemente este artículo científico en la revista Biomedicines junto a Rocío Vega y Manuel Carretero.

En la práctica se conoce relativamente poco sobre la evolución y aparición de esta enfermedad y los investigadores esperan que con este modelado matemático puedan entender mejor cómo se genera esta patología, cuánto tiempo tarda en progresar y si hay alguna manera de frenarla con las terapias que se conocen hoy en día. “El modelo tiene varios parámetros que caracterizan el avance de la enfermedad. Uno puede cambiarlos y predecir cómo se va a desarrollar la enfermedad según tenga unos valores u otros, por lo que se puede utilizar para controlar cómo se produce el proceso”, explica el profesor Bonilla.

Las simulaciones numéricas del modelo sugieren que las terapias basadas en disminuir los factores de crecimiento y las proteínas cruciales para la angiogénesis pueden frenar temporalmente la enfermedad, mientras que otras terapias basadas en mejorar la adhesión celular podrían ser más efectivas a largo plazo. Además, este modelo se podría utilizar para investigar otras enfermedades de la retina, indican los científicos, como puede ser la retinopatía diabética o la asociada a la prematuridad de bebés, dado que en esos casos estas patologías se producen también por un crecimiento anómalo de vasos sanguíneos.

Referencia bibliográfica: R. Vega, M. Carretero, L. L. Bonilla, Anomalous Angiogenesis in Retina. Biomedicines 9, 224 (2021) (21 pp). doi:10.3390/biomedicines9020224

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La UC3M clausura el Technovation Girls 2021

Thu, 10 Jun 2021 09:05:27 +0200

Technovation Girls es un proyecto internacional que tiene como objetivo acercar la ciencia y la innovación a chicas entre 10 y 18 años. Es un programa de Iridescent, una organización global de tecnología e ingeniería sin ánimo de lucro, y constituye la mayor competición de emprendimiento tecnológico para niñas. El objetivo es fomentar la innovación y la creatividad, así como reducir la brecha de género existente en las carreras STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas).

Cada año, se reta a grupos de un máximo de cinco niñas a desarrollar un plan de negocio y una aplicación móvil para solucionar un problema de su comunidad y dar respuesta a una necesidad social relacionada con las áreas de educación, igualdad, medioambiente, salud, paz o pobreza. Este año, a pesar de las complicaciones, las jóvenes y sus mentores han conseguido sacar adelante sus proyectos. Este evento que organiza la UC3M está pensado para que los equipos puedan exponer sus proyectos y el público asistente de forma virtual pueda intervenir y preguntar en directo por las aplicaciones y su desarrollo.

La bienvenida de esta jornada virtual correrá a cargo de la vicerrectora de Estudiantes e Igualdad de la UC3M, Mónica Campos. A continuación participará la responsable del Programa STEM for Girls UC3M, Celeste Campo, vicerrectora adjunta de Promoción de la Universidad. Posteriormente intervendrán los cinco equipos semifinalistas a nivel mundial en las categorías senior y junior. Después participará la General Manager of Europe at CoverWallet, an Aon Company, Elena Gonzalez-Blanco García. Clausurará el evento Alicia Mancheño, de Power to Code, embajadores regionales de Technovation Girls.

La Universidad integra esta actividad en su programa STEM for Girls UC3M de fomento de vocaciones tecnológicas y científicas, dirigido a niñas y jóvenes de secundaria y bachillerato. Este programa se ha desarrollado a lo largo del curso 2020/21 en cuatro ámbitos de trabajo: actividades de mentoring, competiciones, talleres tecnológicos y artes escénicas. Esta actividad, además, cuenta con apoyo del Ministerio de Igualdad a través de la Convocatoria anual que realiza el Instituto de las Mujeres.

Esta jornada se podrá seguir a través del canal de YouTube de la UC3M: https://www.youtube.com/watch?v=0xcf9xmesVA

Este año los equipos participantes podrán exponer sus apps en una feria virtual que se desarrollará del 11 al 13 de junio, en la que intervendrá con una ponencia Sara Guerrero, profesora del departamento de Bioingeniería de la UC3M. Enlace Feria Technovation Girls.

Más información: Web del evento Technovation Girls 2021

Identifican los factores que mejoran la resiliencia laboral en las ciudades norteamericanas

Tue, 27 Apr 2021 11:18:54 +0200

Conocer los factores que contribuyen a la salud de los mercados laborales resulta interesante porque puede ayudar a promover una recuperación más rápida después de una crisis, como puede ser una recesión económica importante o la pandemia de COVID actual. Los estudios tradicionales conciben al trabajador como alguien ligado a un puesto de trabajo específico de un sector, pero en la vida real a menudo los profesionales terminan trabajando en otros sectores que requieren habilidades similares. En este sentido, los investigadores contemplan los mercados laborales como algo parecido a los ecosistemas, donde los organismos están vinculados en una compleja red de interacciones.

En este contexto, un mercado laboral eficiente depende de muchas cosas, como la diversidad y el número de ofertas de trabajo o las oportunidades de formación que tienen los trabajadores para adquirir nuevas competencias, por ejemplo. En este estudio científico los investigadores han comprobado que incluso ciudades en las que todos estos factores son muy similares responden de manera diferente en relación a la recuperación de crisis económicas. ¿Por qué? “Hemos descubierto que parte de la diferencia proviene del ‘mapa’ de los trabajos, una red que nos dice cómo están relacionados los trabajos dentro de una ciudad de acuerdo con la similitud de las competencias requeridas para realizar esos trabajos”, explica el profesor del departamento de Matemáticas de la UC3M y coautor del estudio, Esteban Moro, actualmente profesor visitante en el Media Lab del MIT.

“Cuando ese mapa es muy limitado, es decir, cuando hay muy pocas posibilidades de buscar otro empleo parecido (lo que nosotros llamamos “conectividad laboral”), las ciudades están peor preparadas para una crisis laboral. En cambio, cuando ese mapa ofrece muchas posibilidades de ir de un trabajo a otro similar, la ciudad está mejor preparada. Y también tiene un efecto sobre el salario de los trabajadores: en una misma ocupación se cobra más en una ciudad que tiene una red más diversa que en otra que sea más limitada”, añade Esteban Moro.

Ecología, redes complejas y conectividad laboral

En ecología y otros dominios donde existen redes complejas, la resiliencia ha estado estrechamente vinculada a la “conectividad” de las redes. En la naturaleza, por ejemplo, los ecosistemas con muchas conexiones han demostrado ser más resistentes a determinados choques (como los cambios en la acidez o en la temperatura) que aquellos con menos conexiones. Inspirados en esta idea y basándose en trabajos previos de modelado de redes, los autores del estudio modelaron las relaciones existentes entre los trabajos en varias ciudades de Estados Unidos. Así como la conectividad en la naturaleza fomenta la resiliencia, predijeron que a las ciudades con trabajos conectados por habilidades y geografía superpuestas les iría mejor frente al impacto económico que aquellas sin tales redes.

Para validar esto, los investigadores examinaron datos de la Oficina de Estadísticas Laborales para todas las áreas metropolitanas de EEUU desde el inicio hasta el final de la Gran Recesión (del 2008 al 2014). Con ello, crearon mapas del panorama laboral para cada área, incluyendo el número de trabajos específicos, su distribución geográfica y el grado en que las habilidades que necesitaban se superponían con otros trabajos en el área. El tamaño de una ciudad determinada, así como su diversidad de empleos, desempeñaron un papel en la resiliencia, y las ciudades más grandes y diversas obtuvieron mejores resultados que las más pequeñas y menos diversas. Sin embargo, al controlar el tamaño y la diversidad, al tener en cuenta la conectividad laboral, se mejoraron significativamente las predicciones de las tasas máximas de desempleo durante la recesión. Es decir, las ciudades donde la conectividad laboral era más alta antes del colapso fueron significativamente más resistentes y se recuperaron más rápido que aquellas con mercados menos conectados.

Incluso en ausencia de crisis temporales como la Gran Recesión o la pandemia de COVID, fenómenos como la automatización pueden cambiar radicalmente el panorama laboral de muchas áreas en los próximos años. ¿Cómo pueden prepararse las ciudades para esta disrupción? Los investigadores de este estudio ampliaron su modelo para predecir cómo se comportarían los mercados laborales al enfrentarse a la pérdida de empleo debido a la automatización. Descubrieron que si bien las ciudades de tamaños similares se verían afectadas de manera similar en las fases iniciales de los choques de automatización, aquellas con redes de trabajo bien conectadas brindarían mejores oportunidades para que los trabajadores desplazados encuentren otros trabajos. Esto proporciona un amortiguador contra el desempleo generalizado y, en algunos casos, incluso conduce a la creación de más puestos de trabajo como consecuencia del impacto inicial de la automatización.

Los hallazgos del estudio sugieren que los responsables de la formulación de políticas deberían considerar la conectividad laboral al planificar el futuro del trabajo en sus regiones, especialmente donde se espera que la automatización reemplace una gran cantidad de puestos de trabajo. Además, el aumento de la conectividad no solo da como resultado un menor desempleo, sino que también contribuye a un aumento de los salarios generales. Estos resultados ofrecen una nueva perspectiva en torno a los debates sobre el futuro del trabajo y pueden ayudar a orientar y complementar las decisiones actuales sobre dónde invertir en la creación de empleo y los programas de formación, según los investigadores.

Referencia bibliográfica: Moro, E., Frank, M.R., Pentland, A. et al. Universal resilience patterns in labor markets. Nat Commun 12, 1972 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22086-3

Una investigación de la UC3M analiza cómo medir mejor la viscosidad superficial de filamentos y membranas

Wed, 17 Mar 2021 09:27:19 +0100

Los filamentos líquidos se pueden encontrar en diversos contextos de la vida diaria, como el chorro de agua del grifo, el gel que utilizamos al ducharnos o la leche que ponemos en el café. A nivel biológico, están presentes en procesos que ocurren en el interior de los organismos, como en el estiramiento y rotura de vesículas, en la división celular o en los filamentos recubiertos de proteínas en el interior de las células, entre muchos otros. Además, tienen una importancia crucial en multitud de tecnologías donde se requiere un control preciso de la producción de gotas, como la impresión 3D y la manufactura aditiva, por ejemplo.

Estos filamentos líquidos son intrínsecamente inestables debido a la tensión superficial, dando lugar a un proceso en el que pequeñas perturbaciones se amplifican produciendo su fragmentación en gotas. Esto se puede ver, por ejemplo, en los filamentos de saliva que se forman en nuestro labios y eventualmente, debido a la fonación, acaban siendo expelidos y en forma de gotículas, o en el chorro de agua de la ducha que se “rompe” cuando es muy estrecho y acaba formando gotas pequeñas. “Esto se debe a que la esfera es la figura geométrica con menor superficie para un volumen dado fijo, por lo cual adoptar una forma esférica minimiza la energía superficial”, explican Alejandro Martínez Calvo y Alejandro Sevilla Santiago, del Grupo de Mecánica de Fluidos de la UC3M.

En su investigación, publicada recientemente en la revista Physical Review Letters, han estudiado de forma teórica y numérica el caso en el que la superficie del filamento es viscosa, lo que ocurre cuando dicha superficie está recubierta por una concentración de moléculas (denominadas normalmente surfactantes). En algunos casos, estos tipos de moléculas son capaces de formar una estructura compleja que le confiere a la propia superficie cierta resistencia a fluir, la cual se manifiesta a través de la viscosidad superficial.

La medida del coeficiente de viscosidad superficial de filamentos líquidos y de membranas biológicas compuestas por estas moléculas es un reto a día de hoy, debido a la complejidad físico-química asociada al acoplamiento hidrodinámico de la superficie del filamento con su interior. En su trabajo, estos científicos han descubierto un nuevo régimen universal donde la fuerza de tensión superficial está en equilibrio dinámico con la fuerza viscosa superficial, dando lugar a un adelgazamiento exponencial del radio del filamento hasta que acaba adoptando la forma de gotas o vesículas esféricas, con un tiempo de decaimiento que solo depende de las propiedades de la superficie, entre las cuales se encuentran la viscosidad superficial.

Este trabajo supondría un paso significativo para el desarrollo de un método de medida no intrusivo de los coeficientes de viscosidad que tendría mayor precisión que los existentes en la actualidad. Los métodos de medida actuales hacen uso de partes mecánicas móviles que deforman la entrefase, como conos, placas, cilindros o anillos que se sitúan en la superficie y se mueven de forma controlada. Con estos métodos de carácter intrusivo se generan variaciones de la concentración de moléculas que dan lugar a fuerzas elásticas superficiales, además de las propias fuerzas viscosas superficiales que se pretenden medir. “En la configuración que hemos estudiado, la deformación de la entrefase no es inducida desde el exterior del sistema por métodos mecánicos, sino que ocurre de manera espontánea. De este modo, la técnica de medida que podría desarrollarse con nuestra idea sería no intrusiva, puesto que bastaría con medir mediante técnicas fotográficas el ritmo al que se deforma el filamento”, señalan los investigadores.

Referencia bibliográfica: Martínez-Calvo, A. Sevilla, A. (2020). Universal Thinning of Liquid Filaments under Dominant Surface Forces. Phys. Rev. Lett. 125, 114502 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.114502

Investigadores de la UC3M analizan las preferencias de gasto público de los españoles

Fri, 29 Jan 2021 10:42:40 +0100

El proyecto permite conocer hacia qué áreas de gasto orientarían los ciudadanos el presupuesto público: la partida de Sanidad es la primera en el orden de preferencias de la población española, seguida por Educación. Las demás partidas están ordenadas por bloques, comenzando por Pensiones e I+D+i, Cultura y Medio Ambiente, Infraestructuras, y Defensa y seguridad.

Este proyecto se ha llevado a cabo durante el último trimestre de 2020, en plena crisis sanitaria de la COVID-19 y con sus consecuencias económicas y sociales muy presentes, con lo que será interesante contrastar si estos resultados se mantienen una vez se haya superado la pandemia, según los autores del informe.

Los investigadores de la UC3M que participan en este proyecto son Antonio Cabrales, catedrático del Departamento de Economía, y Anxo Sánchez, catedrático del Departamento de Matemáticas. “El estudio está motivado por la necesidad de conocer las preferencias reales de los ciudadanos respecto a las partidas del gasto público. Conseguir esto no es sencillo. Por ejemplo, piensen cuánta gente nos dice que su programa de televisión favorito son los documentales de La 2. Cuando luego se compara esta declaración con datos de audiencia real uno se da cuenta de que la respuesta no puede ser cierta. Hace falta una encuesta compatible con los incentivos reales de las personas, y que tenga en cuenta la complejidad cognitiva de la tarea”, indica el profesor Antonio Cabrales.

Para la realización del proyecto se ha utilizado una metodología innovadora, que combina una encuesta demoscópica (sobre una amplia muestra representativa de la población española) con un experimento incentivado económicamente que emplea técnicas de economía conductual. Los resultados muestran un nivel muy alto de coherencia entre lo que dicen los ciudadanos cuando se les pide opinión y lo que hacen en un experimento en el que pueden llegar a ganar dinero.

“El experimento incentivado económicamente avala los resultados de las encuestas realizadas con la metodología habitual, pero además aporta resultados interesantes que las encuestas no podrían encontrar”, señala el profesor Anxo Sánchez.

Un estudio describe matemáticamente cómo empieza la metástasis

Mon, 18 Jan 2021 10:07:20 +0100

Esta investigación analiza el movimiento colectivo de las células en los tejidos, un proceso que además de resultar esencial en desarrollos patológicos como la invasión tumoral y la metástasis, desempeña un papel primordial en procesos fisiológicos como la cicatrización de heridas, el desarrollo embrionario o la reconstrucción de tejidos, por ejemplo. Para desentrañar la complejidad de estos procesos algunos estudios científicos previos han realizado diversos experimentos que tratan de clarificar el papel que desempeñan determinados factores químicos, mecánicos y biológicos.

Lo que han hecho ahora los investigadores de la UC3M y de la UCM en este trabajo publicado recientemente en la revista PLoS Computational Biology ha sido utilizar una combinación de modelización matemática, simulaciones numéricas y análisis topológico de datos provenientes de simulaciones y de experimentos para entender cómo invaden las células cancerosas a las células sanas. “Una simplificación de las primeras etapas de la metástasis cancerosa consiste en que las células tumorales se mueven como un colectivo y desplazan a un colectivo de células normales en un tejido sano”, explican los autores del trabajo, Luis L. Bonilla y Carolina Trenado, del Dpto. de Matemáticas de la UC3M, y Ana Carpio, del Dpto. de Matemática Aplicada de la UCM.

“Seleccionando los colectivos de células adecuados y utilizando un software apropiado, hemos logrado simular la invasión que se produce en tejido sano por parte de células cancerosas”, señalan estos científicos. Para realizar esta simulación, han tomado datos de experimentos previos y han utilizado un diagrama de Voronoi (debe su nombre al matemático ruso Georgy Voronoi) para realizar un teselado irregular en el que las células son polígonos que no se superponen y no dejan espacios entre ellos. En el modelo, los centros de las células están sujetos a fuerzas de distinto origen, explican los investigadores: unas mantienen el teselado y optimizan el área y el perímetro, otras son fuerzas de inercia de origen biológico y hay unas fuerzas activas de alineación de las velocidades de células vecinas, además de fricción y ruido.

Para seguir de manera automática la evolución de la barrera o límite entre células cancerosas y normales, los investigadores han usado técnicas de análisis topológico de datos, algo que se utiliza por primera vez en este tipo de estudios. “Partiendo de una serie de imágenes sucesivas procedentes de los experimentos y también de las simulaciones numéricas, se han agrupado, trazado y clasificado los cambios topológicos en las interfaces de manera automática según avanzan las células cancerosas”, indican los científicos.

Las técnicas desarrolladas en el marco de este trabajo se pueden escalar a un gran volumen de datos si estos estudios se realizan a una mayor escala. Además, estas mismas técnicas podrían ser relevantes en el campo de la bioingeniería de tejidos para estudiar cómo afectan las características biofísicas de distintos materiales la regeneración de órganos y tejidos.

Referencia bibliográfica: Bonilla LL, Carpio A, Trenado C (2020) Tracking collective cell motion by topological data analysis. PLoS Comput Biol 16(12): e1008407. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008407

Big Data para analizar el misterio del metrónomo de Beethoven

Thu, 17 Dec 2020 08:49:43 +0100

Ludwig van Beethoven (1770-1827) fue uno de los primeros compositores en empezar a utilizar un metrónomo, un aparato patentado en 1815 por Johann Nepomuk Maelzel. En ese momento, comenzó a editar sus obras con marcas numéricas con las indicaciones del metrónomo. Las dudas sobre la validez de estas marcas se remontan al siglo XIX y durante el siglo XX se hicieron muchos análisis musicológicos al respecto, alguno de los cuales ya apuntaba la hipótesis de que el metrónomo estuviera estropeado, una cuestión que nunca se pudo llegar a comprobar. En cualquier caso, la mayoría de los directores de orquesta omitieron estas marcas porque las consideraban demasiado rápidas (la corriente del Romanticismo), mientras que a partir de los años 80 otros directores de orquesta (la corriente del Historicismo) sí las utilizaron para interpretar a Beethoven, pero la crítica musical y el público calificaba estos conciertos de frenéticos e incluso desagradables.

Algunas investigaciones científicas previas, como un estudio de Sture Forsén en 2013, han apuntado distintos defectos que podrían haber afectado al metrónomo, provocando un funcionamiento más lento que habría llevado al compositor de Bonn a elegir marcas más rápidas que las que realmente se proponía. Para validar esta explicación, lo que han hecho ahora los investigadores de la UC3M y de la UNED ha sido comparar sistemáticamente las marcas metronómicas y las interpretaciones contemporáneas. Para ello, resultan necesarios conocimientos de física para modelar el metrónomo matemáticamente, de análisis de datos, de computación, de usabilidad y, por supuesto, de música. Porque en total han analizado el tempo y sus variaciones a lo largo de cada movimiento en 36 sinfonías interpretadas por 36 directores diferentes, lo que representa un total de 169 horas de música.

“Nuestro estudio revela que los directores tienden a tocar siempre más despacio que lo que Beethoven dejó indicado. ¡Incluso aquellos que se proponen como objetivo seguir sus indicaciones al pie de la letra! Los tempi que dejó indicados el compositor son, en general, demasiado rápidos, hasta el punto de que, colectivamente, los músicos tienden a ralentizarlos”, indica uno de los autores de la investigación, Iñaki Ucar, científico de datos del Instituto de Big Data de la UC3M, además de clarinetista. Esta ralentización sigue en promedio una desviación sistemática, por lo que no es caprichosa, sino que los directores tienden a tocar homogéneamente por debajo de las marcas de Beethoven. “Esta desviación podría explicarse si el compositor hubiese leído la escala del aparato en el lugar incorrecto, por ejemplo debajo de la masilla en lugar de encima. En último término, se trataría de un problema de usabilidad de una tecnología nueva”, señala la otra autora del estudio, Almudena Martín Castro, diseñadora de usabilidad y pianista, que realizó esta investigación en el marco de su TFG del Grado en Física por la UNED.

En este estudio, los investigadores han desarrollado un modelo matemático para el metrónomo basado en un péndulo doble, perfeccionado con tres tipos de correcciones para tener en cuenta la amplitud de su oscilación, la fricción de su mecanismo, la fuerza de impulso y la masa de su varilla, un aspecto que no se había tenido en cuenta en trabajos anteriores. “Con la ayuda de este modelo, desarrollamos una metodología para estimar los parámetros originales del metrónomo de Beethoven a partir de fotografías disponibles y el esquema de patentes”, explica el trabajo. Además, desmontaron un metrónomo moderno para medirlo y utilizarlo para validar tanto el modelo matemático como la metodología.

Los investigadores intentaron buscar alguna “rotura” del metrónomo que diese lugar a los tempi ralentizados que siguen generalmente los intérpretes. Probaron a cambiar la masa del metrónomo (quizás por un golpe, podría haberse desprendido un trozo), a desplazarla sobre la varilla, a aumentar el rozamiento (el metrónomo podría haber estado mal lubricado) e incluso comprobaron el supuesto de que el aparato pudiera haber estado mal colocado, inclinado sobre el piano mientras el compositor ideaba su música. “Ninguna de estas hipótesis encajaba con lo que nos decían los datos, que es una ralentización homogénea de los tempi en toda la escala. Finalmente, nos dimos cuenta de que la desviación coincide exactamente con el tamaño de la masilla del metrónomo, y además encontramos la anotación de ‘108 o 120’ en la primera página del manuscrito de su novena sinfonía, lo que indica que al menos una vez el compositor dudó de dónde se leía. De repente, todo encajaba: Beethoven pudo anotar muchas de esas marcas leyendo el tempo en el lugar incorrecto”, explican.

Esta metodología se podría aplicar para investigar la obra de otros compositores de música clásica, dado que pueden extraer el tempo de una grabación musical y limpiar los datos para que sean comparables. “Sería muy interesante estudiar cómo es la relación entre el tempo interpretado y las marcas de otros compositores o incluso buscar un ‘tempo correcto’ en el caso de compositores que no nos dejaron marcas metronómicas. ¿Es posible que haya un tempo medio al que la gente suele interpretar las fugas de Bach, por ejemplo?”, se preguntan.

Más información:

Referencia bibliográfica: Martín-Castro, Almudena; Ucar, Iñaki (2020). Conductors’ tempo choices shed light over Beethoven’s metronome. PLOS ONE. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0243616

La UC3M premiada por su programa educativo STEM for Girls UC3M

Fri, 30 Oct 2020 13:23:10 +0100

La UC3M ha conseguido este galardón por su iniciativa STEM4GirlsUC3M, un programa que promueve las vocaciones STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) entre niñas y jóvenes y que responde al descenso registrado en los últimos años en el número de estudiantes que optan por grados técnicos, siendo esta caída más pronunciada entre el colectivo femenino. La Universidad competía en la final de la categoría "mejor compañía en educación STEM" con BP y Johnson & Johnson.

STEM4GirlsUC3M es un programa de fomento de vocaciones tecnológicas y científicas, dirigido a niñas y jóvenes de secundaria y bachillerato. Se ha desarrollado desde el curso 2018/2019 con la realización de diferentes talleres tecnológicos, un programa de mentoring, el intercambio de experiencias entre investigadoras y estudiantes y un proyecto de artes escénicas. Esta actividad, además, cuenta con apoyo de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) del Ministerio de Ciencia e Innovación, y del Instituto de la Mujer y para la Igualdad de Oportunidades.

La entrega de estos premios ha tenido lugar durante una ceremonia en formato digital, que ha inaugurado la directora general de la Mujer de la Junta de Castilla y León, Ruth Pindado. Durante su intervención, ha valorado de forma muy positiva la creación de estos premios que permitirán ofrecer una “mayor visibilidad social de la incorporación de nuestras jóvenes a las denominadas disciplinas STEM”.

El jurado que ha participado en la primera edición del los STEM Talent Girl Awards lo han integrado expertos y directivos en el sector tecnológico como Isabel Blanco, consejera de Familia e Igualdad de Oportunidades de la Junta de Castilla y León; Javier Rodríguez Zapatero, presidente de ISDI; Elena Díaz-Alejo, Manager de Ciudadanía Corporativa y Relaciones Institucionales de Samsung; Alberto Gómez Barahona, rector de la Universidad Isabel I; José María de la Torre, Managing Director Southern Europe, presidente y consejero de Hewlett Packard Enterprise; Cristina Vall-Losada, Head of Global Corporate Communications; David Calle, CEO & Founder de BeUnicoos; y María Jesús Prieto, ingeniera de Telecomunicación por la Universidad Politécnica de Madrid.

Más información: https://talent-girl.com/stg-awards/

La UC3M, entre las mejores universidades del mundo en siete campos académicos

Wed, 28 Oct 2020 12:42:13 +0100

En el área de Derecho, la UC3M figura entre las 200 mejores instituciones del mundo, según el WSR 2021 Law del THE. En el ámbito de Administración y Dirección de Empresas, Contabilidad, Finanzas, Economía y Econometría, la UC3M se sitúa entre las 300 mejores universidades internacionales, según el WSR 2021 Business and Economics del THE.

En Artes y Humanidades, la UC3M se encuentra entre las 400 mejores universidades a nivel internacional, según el WSR 2021 Arts and Humanities del THE, mientras que figura entre las 500 mejores del mundo en Ciencias Informáticas, según el WSR 2021 Computer Science.

Asimismo, la Universidad también ocupa puestos destacados en Ciencias Sociales (WSR 2021 Social Sciences) y en Ingeniería (WSR 2021 Engineering), donde aparece entre las 600 mejores del mundo. Además, la UC3M también ocupa un lugar destacable a nivel mundial (en el Top 800) en Ciencias Físicas, según el WSR 2021 Physical Sciences.

Esta clasificación por materias utiliza la misma metodología que el World University Rankings del THE. Para ello, se analizan trece indicadores de rendimiento en cinco grandes categorías: docencia, investigación, citas científicas, proyección internacional y relación de la universidad con la industria (innovación). La metodología se ha recalibrado para adaptarse a los distintos campos académicos analizados.

Más información: Web del ranking THE by subject 2021

Una investigación analiza cómo se fracturan los metales impresos en 3D

Tue, 22 Sep 2020 10:11:34 +0200

La impresión 3D en metales se emplea desde los años 80 para crear una gran diversidad de piezas para diversos sectores industriales. Debido al proceso de fabricación, estos materiales suelen tener minúsculos poros en su interior (del orden de decenas de micrómetros) que pueden crecer cuando se aplica una carga. Este equipo de investigadores ha analizado lo que ocurre con estos “microvacíos” al aplicarse una carga para entender cómo se fracturan estos metales dúctiles (con capacidad para absorber energía).

“La mayoría de los elementos estructurales de los automóviles, por ejemplo, están fabricados con metales dúctiles para ser capaces de absorber energía en un posible choque, lo que mejora la seguridad en los accidentes de tráfico. Por tanto, conocer y predecir la fractura de materiales dúctiles, equivale a optimizar el diseño de las estructuras de absorción de energía frente a impacto en sectores industriales críticos”, explica una de las autoras del estudio, Guadalupe Vadillo, del grupo de investigación Nonlinear Solid Mechanics del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.

Su trabajo, publicado recientemente en la revista International Journal of Plasticity, ha identificado dos mecanismos que producen el fallo del material: en primer lugar, la aparición y crecimiento de microporos que producen un ablandamiento del material hasta que se rompe; y, en segundo lugar, la coalescencia, que ocurre cuando varios microporos en el interior del material se unen e interaccionan entre ellos acelerando la fractura.

“Lo que hemos identificado en este trabajo es cómo, dependiendo de la viscosidad del material (lo rápido que se deforme ante carga), de la velocidad de carga aplicada sobre el material y del camino de carga (la dirección y otros factores), los microvacíos o microporos intrínsecos del material crecen, decrecen e interaccionan entre ellos acelerando o retrasando la fractura de dicho material”, resume Guadalupe Vadillo.

Los avances en este campo mejoran el conocimiento sobre el comportamiento de los metales dúctiles fabricados mediante impresión 3D y permitirán diseñar y construir piezas y componentes más resistentes en diversos sectores. Estos materiales pueden ser aplicados en procesos donde es importante la absorción de energía, como en la fabricación de nuevos fuselajes en la industria aeronáutica, diferentes componentes de los automóviles en la industria automovilística o el desarrollo de implantes en el ámbito biomédico.

Esta investigación se enmarca en el proyecto QUANTIFY, una acción Marie Skłodowska-Curie Research and Innovation Staff Exchange (RISE) creada para promover estancias de formación e investigación entre personal académico de diferentes instituciones en todo el mundo. Este proyecto de investigación europeo del programa Horizonte 2020 (GA777896), está liderado por la UC3M y participan en él 8 instituciones (4 europeas y 4 americanas) con el objeto de compartir conocimiento para entender el efecto de la anisotropía y la porosidad en el comportamiento a fallo de estructuras ligeras.

Referencia bibliográfica: Reboul, J. Ankit Srivastava, A. Osovski, S. Vadillo, G. (2020). Influence of strain rate sensitivity on localization and void coalescence. International Journal of Plasticity, volume 125, pages 265-279. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2019.09.007

Noticia en chino (chinese version) - distancing COVID-19

Analizan la efectividad de las estrategias de distanciamiento social ante una epidemia

Wed, 25 Mar 2020 12:53:18 +0100

Los resultados, basados en modelos matemáticos y datos reales del flujo de movimientos de individuos, indican que un confinamiento completo de la población requiere tomar medidas activas después, ya que, de no ser así, se produciría un nuevo brote. “Utilizando matrices de contacto a este nivel de detalle podemos saber el efecto de estrategias como cerrar escuelas, trabajos o incluso restaurantes u otros sitios no esenciales”, explica el profesor del Departamento de Matemáticas de la UC3M y coautor del estudio, Esteban Moro, actualmente profesor visitante en el Media Lab del MIT.

“Ante la necesidad de adoptar medidas para contener y erradicar la actual pandemia de COVID-19, hemos simulado la evolución de la epidemia en una población real -en este caso del área de Boston... nuestros modelos nos indican que, en casi todos los escenarios, una nueva ola de infecciones es muy probable. La conclusión fundamental es que se deben combinar políticas de contención pasivas con otras más agresivas”, señala Yamir Moreno, físico teórico, coautor del estudio y responsable del Grupo de Redes y Sistemas Complejos (COSNET) del Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI) de la Universidad de Zaragoza.

Para realizar esta investigación, el equipo de científicos ha utilizado datos de movilidad real de usuarios de teléfonos móviles en EEUU cedidos por el programa Data for good de Cuebiq Inc., una empresa que recoge las ubicaciones de los usuarios y las agrega de forma anónima. Además, han analizado datos del censo del área de Boston para construir una red de ubicación conjunta en tres capas (comunidad, escuelas y hogares) y han empleado un modelo SEIR para la modelización de la propagación de epidemias. “También estamos trabajando actualmente con datos actualizados de movilidad en la ciudad de Nueva York, que es el epicentro actual de la epidemia en EEUU”, señala Esteban Moro. “Si los datos de movilidad de alta resolución están disponibles, nuestro enfoque puede replicarse fácilmente para nuevas ciudades o países para medir el impacto de las estrategias de distancia social ante la epidemia”, añade.

Esta investigación trata de obtener datos que ayuden a evaluar el impacto de las estrategias de distanciamiento social que se están adoptando en los diferentes países para luchar contra el COVID-19, así como el tiempo que deben estar vigentes o cuál es la más efectiva actualmente. Además, también se analizan las probabilidades de que pueda surgir un segundo brote más adelante o cuál sería la mejor manera de prepararse ante una hipotética segunda oleada.

Estos resultados preliminares acaban de ser publicados en abierto bajo una licencia Creative Commons en una web para que estén a disposición de autoridades y de la comunidad científica, para poder utilizarlos, contrastarlos e ir actualizando y optimizando los análisis con nuevos datos. En este trabajo, realizado en respuesta a la crisis sanitaria provocada por el COVID-19, colabora también la empresa madrileña Zensei Technologies S.L.

Más información: Effectiveness of social distancing strategies for protecting a community from a pandemic with a data driven contact network based on census and real-world mobility data. David Martín-Calvo, Alberto Aleta, Alex Pentland, Yamir Moreno, Esteban Moro. https://covid-19-sds.github.io

Un nuevo tipo de aislantes acústicos permite concentrar el sonido en las esquinas

Tue, 29 Oct 2019 09:40:42 +0100

La investigación se enmarca dentro del campo de estudio de la física de la materia condensada, más concretamente en el ámbito de los materiales topológicos, que son sólidos que se comportan como aislantes eléctricos en su interior al tiempo que permiten la conducción eléctrica en la superficie. Otra de las características que hace que estos materiales sean interesantes es que están “topológicamente protegidos”, es decir, una señal permanece robusta e insensible ante la presencia de impurezas y defectos del material. Varias investigaciones recientes han mostrado que los aislantes topológicos de orden superior pueden concentrar la energía en las esquinas. Y lo que han hecho ahora los científicos de la UC3M y de la NJU ha sido “traducir” este fenómeno conocido en la teoría de la física cuántica a la acústica clásica para conseguir focalizar la energía acústica en las esquinas. Los resultados han sido publicados recientemente en la revista Physical Review Letters.

Para explicar el proceso de forma intuitiva, los investigadores ponen como ejemplo la escultura “Órgano” de Eusebio Sempere, situada en los jardines de la Fundación Juan March en Madrid (ver imagen). Se trata de una escultura compuesta por barras de aluminio hueco separadas entre sí unos centímetros y colocadas en una red cuadrada. En el año 1995 unos científicos españoles demostraron que la escultura era capaz de atenuar el sonido.

Partiendo de esta idea, se han realizado diversos estudios en los que juntando dos cristales con diferentes topologías se conseguía que el sonido se transportara únicamente a través de la interfaz entre ambos. “En este caso, hemos dado un paso más. La estructura de estudio está formada por dos cristales sónicos con diferente topología colocados de forma concéntrica. Esta nueva configuración hace que el sonido no se pueda transmitir a través de toda la estructura, sino que se focalice únicamente en las esquinas existentes entre ambos cristales. La intensidad del sonido en cada una de estas esquinas dependerá de las propiedades físicas consideradas”, explica uno de los autores del estudio, Johan Christensen, del departamento de Física de la UC3M.

Estas predicciones teóricas, además, han sido validadas experimentalmente en un artículo publicado en el último número de la revista Advanced Materials. “Más allá de su importancia académica, prevemos que los resultados obtenidos pueden usarse para la focalización de la energía acústica”, añade otra de las autoras, María Rosendo López, investigadora del proyecto PHONOMETA en la UC3M. Entre las posibles aplicaciones figura el desarrollo de nuevas guías de onda, es decir, estructuras físicas que sirvan para guiar ondas sonoras. “Somos capaces de conseguirlas sin la necesidad de disponer de un canal físico, sino que simplemente por la topología del sistema de estudio se consigue. Este caso de transporte de sonido es relevante para aplicaciones de filtrado y conducción. A diferencia de los sistemas pasivos tradicionales, este es altamente robusto a imperfecciones”, señala María Rosendo López.

La conversión acústico-eléctrica es otra de las posibles aplicaciones. “Como somos capaces de concentrar el sonido en las esquinas, uno podría emitir la energía acústica, concentrarla en las esquinas y después convertirla en energía eléctrica”, añaden los investigadores. Además, estos avances también podrían encontrar aplicaciones en tecnologías de ultrasonidos industriales o en la mejora de algunas pruebas de diagnóstico médico como las ecografías, por ejemplo.

Esta línea investigación se desarrolla en el marco de un proyecto científico más amplio, una ERC Starting Grant Horizonte 2020 financiada por la Unión Europea (GA 714577) que se denomina “Frontiers in Phononics: Parity-Time Symmetric Phononic Metamaterials” (PHONOMETA). En este contexto, su objetivo es analizar y diseñar una nueva generación de semiconductores piezoeléctricos que permitan optimizar el funcionamiento de sistemas acústicos complejos.

Referencias bibliográficas:

Zhang, Z. Rosendo López, M. Cheng, Y. Liu, X. Christensen, J. (2019): Non-Hermitian Sonic Second-Order Topological Insulator. Phys. Rev. Lett. 122, 195501. doi:10.1103/PhysRevLett.122.19550 e-Archivo de la UC3M: http://hdl.handle.net/10016/28492

Zhang, Z. Long, H. Liu, C. Shao, C. Cheng, Y. Liu, X. Christensen, J. (2019): Deep-Subwavelength Holey Acoustic Second-Order Topological Insulators. Adv. Mater. 2019. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904682

Versión en chino (chinese version)

Un estudio analiza el software preinstalado en dispositivos Android y los riesgos para la privacidad de los usuarios

Tue, 19 Mar 2019 12:03:19 +0100

Del estudio se desprende, por un lado, que el modelo de permisos del sistema operativo Android y sus apps permite que un gran número de actores puedan monitorizar y obtener información personal de los usuarios a nivel del sistema operativo y, por otro, que el usuario final desconoce la presencia de estos actores en sus terminales Android y las implicaciones que dichas prácticas tienen sobre su privacidad. Además, la presencia de este software con privilegios de sistema dificulta su eliminación sin ser un usuario experto.

Estos resultados se detallan en un artículo que se hará público el 1 de abril y se presentará en una de las principales conferencias de ciberseguridad y privacidad del mundo, el 41st IEEE Symposium on Security and Privacy de California (EEUU) con el título An Analysis of Pre-installed Android Software. La Agencia Española de Protección de Datos (AEPD), que ha contribuido a la difusión del estudio por el impacto masivo de los resultados en la privacidad de los ciudadanos, presentará los resultados ante el Comité Europeo de Protección de Datos.

Otros hallazgos

Aparte de los permisos estándar definidos en Android y que pueden ser controlados por el usuario, los investigadores han identificado más de 4.845 permisos propietarios o personalizados por los intervinientes en la fabricación y distribución de los terminales. Este tipo de permisos permite que apps publicadas en Google Play puedan eludir el modelo de permisos de Android para acceder a datos del usuario sin requerir su consentimiento al instalar una nueva app.

En cuanto a las apps preinstaladas en los dispositivos, se han identificado más de 1.200 desarrolladores tras el software preinstalado, así como la presencia de más de 11.000 librerías de terceros (SDKs) incluidas en la mismas. Una parte significativa de las librerías están relacionadas con servicios de publicidad y monitorización online con fines comerciales. Estas apps preinstaladas se ejecutan con permisos privilegiados y sin posibilidad, en la mayoría de los casos, de ser desinstaladas del sistema. Un análisis exhaustivo del comportamiento del 50% de las apps identificadas revela que muchas de ellas presentan comportamientos potencialmente peligrosos o no deseados.

En relación con la información ofrecida al iniciar un nuevo terminal, se pone de manifiesto un déficit de transparencia de las apps y del propio sistema operativo Android al mostrar al usuario una relación de permisos distinta de la real, limitando su capacidad de decisión para gestionar su información personal.

Actuaciones de la AEPD

De acuerdo con una nota de prensa de la AEPD, la Agencia va a presentar este estudio y sus conclusiones en los subgrupos de trabajo del Comité Europeo de Protección de Datos (CEPD), organismo de la Unión Europea del que forma parte junto a otras autoridades europeas de protección de datos y el Supervisor Europeo. El CEPD tiene entre sus funciones promover la cooperación entre las autoridades de protección de datos.

La Agencia incluye en el eje 2 de su Plan estratégico (Innovación y protección de datos) el establecimiento de canales de colaboración con grupos de investigación, la industria y los desarrolladores con el objetivo de fomentar la confianza en la economía digital en línea con lo previsto en el Reglamento General de Protección de Datos (RGPD). Según la AEPD, este estudio contribuye a facilitar que fabricantes, desarrolladores y distribuidores de productos y servicios apliquen los principios de Privacidad por Defecto y desde el Diseño establecidos en el RGPD con el objeto de salvaguardar los derechos y libertades de las personas. La difusión del estudio realizado por IMDEA Networks y la UC3M forma parte de esas acciones, sin perjuicio de las posibles acciones que pudieran derivarse de los poderes y el marco de coherencia que establece el RGPD.

Más información: Versión preliminar del estudio disponible en este enlace:
An Analysis of Pre-installed Android Software
Julien Gamba, Mohammed Rashed, Abbas Razaghpanah, Juan Tapiador, and Narseo Vallina-Rodriguez
https://haystack.mobi/papers/preinstalledAndroidSW_preprint.pdf
To appear in the 41st IEEE Symposium on Security and Privacy, (IEEE S&P 2020)

Un estudio de la UC3M investiga los límites de los aislantes topológicos por ondas de sonido

Tue, 05 Mar 2019 09:57:03 +0100

En este tipo de sólidos, la señal sonora permanece robusta e insensible a la presencia de ruido ocasionada por impurezas y defectos en el material. En el marco de esta investigación, los científicos han descubierto que el aislante acústico topológico podría actuar como una guía de onda extremadamente robusta, capaz de irradiar sonido en un rayo muy estrecho hacia el campo lejano. Tal rayo acústico enfocado podría ser extremadamente importante para aplicaciones como el ensayo no destructivo con ultrasonidos industriales o en la ecografía para diagnósticos en medicina y biología, apuntan los investigadores.

En el artículo, publicado recientemente en la revista Communications Physics junto con físicos de la Universidad de Nanjing (China) y la Universidad de Stanford (EEUU), los científicos han revisado los estudios más recientes sobre el comportamiento de la materia en el mundo cuántico. Este ámbito de investigación está a la vanguardia de las ciencias físicas y ganó el Premio Nobel de Física del año 2016. Los científicos que han llevado a cabo este estudio quisieron comprobar si el fenómeno de los aislantes topológicos, tradicionalmente utilizados en la teoría de la física cuántica para controlar señales eléctricas, podría tener un efecto equivalente a partir de ondas sonoras.

“La idea era utilizar un concepto tan exótico que pudiera proporcionar posibilidades completamente nuevas para transductores acústicos, sensores y guías de onda. Además, desde un aspecto más físico, significaría que ciertos efectos físicos cuánticos tenían su equivalente en la física de las ondas sonoras clásica”, comenta uno de los autores del estudio, Johan Christensen, del departamento de Física de la UC3M.

Para ello, los investigadores quisieron emular el llamado “efecto valley-Hall”, utilizado para investigar la conducción eléctrica en diversos materiales conductores y semiconductores. Dicho efecto establece que el campo magnético tiende a separar las cargas positivas de las negativas en sentidos opuestos, de modo que los “valleys” (valles) son máximos y mínimos de energías de electrones en un sólido cristalino. El equilibrio se restaura cuando la fuerza que ejerce el campo eléctrico generado por la distribución de cargas se opone a la fuerza que ejerce el campo magnético. Con el deseo de emular una versión acústica de dicho efecto valley-Hall, los investigadores crearon un cristal macroscópico artificial inspirado en el tejido de cestas japonesas conocidas como “kagome”, sustituyendo el bambú por pequeños cilindros de resina epoxi. El funcionamiento de este cristal fue detallado el año pasado en varios artículos publicados por Johan Christensen en las revistas científicas Advanced materials y Physical review letters.

“Curiosamente, los estados topológicos acústicos relacionados en el efecto valley-Hall muestran un vórtice circulante que, para nuestra sorpresa, ha producido propiedades inesperadas y sin precedentes en las ondas de sonido”, explica Johan Christensen. “Nuestro cristal Kagome mostró una increíble resistencia contra defectos, curvas y giros pronunciados al guiar sonido a lo largo de la superficie o una interfaz del cristal”.

Esta línea de investigación se desarrolla en el marco de un proyecto científico más amplio, una ERC Starting Grant Horizonte 2020 financiada por la Unión Europea (GA 714577) que se denomina “Frontiers in Phononics: Parity-Time Symmetric Phononic Metamaterials” (PHONOMETA). En este contexto, su objetivo es analizar y diseñar una nueva generación de semiconductores piezoeléctricos que permitan optimizar el funcionamiento de sistemas acústicos complejos.

Referencia bibliográfica:

Zhang, X., Xiao, M., Cheng, Y., Lu, M-H, Christensen, J. (2018). Topological sound. Communications Physics, 1:97. 21 December 2018. http://hdl.handle.net/10016/28147

Wang, Mudi, Ye, Liping, Christensen, J., Liu, Zhengyou. (2018) Valley Physics in Non-Hermitian Artificial Acoustic Boron Nitride. Physical review letters, 120, 246601. 12 June 2018. http://hdl.handle.net/10016/27424

Zhang, Zhiwang; Tian, Ye; Wang, Yihe; Gao, Shuxiang; Cheng, Ying; Liu, Xiaojun; Christensen, Johan. (2018) Directional Acoustic Antennas Based on Valley‐Hall Topological Insulators. Advanced Materials. Advanced materials, vol. 30, issue 36 (1803229). 30 July 2018.
http://hdl.handle.net/10016/27425

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Qué hacen los átomos cuando los líquidos y los gases se encuentran

Tue, 22 Jan 2019 10:21:54 +0100

Cuando los materiales se encuentran en estado sólido, sus átomos están dispuestos en patrones muy uniformes, como cuadrículas, láminas y entramados. Esto quiere decir que, conociendo la posición de un átomo, se puede deducir la posición de todos los átomos vecinos. Sin embargo, en líquidos y gases, la disposición de los átomos es muy diferente, puesto que se encuentran sujetos a un movimiento desordenado. A raíz de este movimiento, los átomos pueden agruparse brevemente en un punto, lo que conlleva una mayor densidad instantánea, y luego separarse. Esto sólo ocurre a escalas microscópicas; a gran escala somos incapaces de apreciar este comportamiento.

Para explicar el comportamiento de estos átomos se ha venido utilizando con éxito la teoría de las ondas capilares, que concuerda con la descripción de “piel de tambor”. Sin embargo, a pequeñas escalas, esta teoría falla. Durante décadas, todos los intentos de “ajustarla” por medio de pequeñas modificaciones han resultado inútiles, incapaces de reproducir los resultados experimentales y las simulaciones por ordenador. Sin embargo, los autores de este estudio han encontrado que una descripción más microscópica (y, por tanto, más fundamental) puede explicar estos resultados esquivos con gran elegancia.

La clave estriba, según los autores del estudio, en que las funciones que describen la disposición de los átomos muestran unas propiedades matemáticas denominadas “resonancias” que, hasta el momento, habían pasado desapercibidas. Teniendo en cuenta estas resonancias, la propia consistencia matemática del problema obliga a que la solución adopte una forma muy determinada. “Es una forma completamente nueva de observar el punto de contacto líquido-gas que se puede aplicar a otros sistemas; por ejemplo, al poner en contacto dos líquidos diferentes que no se mezclen”, explica uno de los autores del estudio, el catedrático Andrew Parry, del departamento de Matemáticas del Imperial College de Londres.

“Lo más sorprendente para nosotros fue la simplicidad y la elegancia de las matemáticas de esta teoría y el hecho de que los modelos teóricos que todos habíamos empleado durante décadas resultan ser, de manera completamente inesperada, casos especiales sin ninguna relevancia. ¿Quién lo hubiera sospechado?”, apunta Carlos Rascón, coautor de estudio y profesor del departamento de matemáticas de la UC3M.

El estudio no solo ha dado lugar a una descripción consistente de las fluctuaciones líquido-gas, sino que, de manera colateral, ha permitido encontrar una familia de modelos teóricos que se pueden resolver exactamente, sin necesidad de emplear cálculos numéricos con ordenador. Los modelos con soluciones exactas resultan siempre bienvenidos en física porque permiten una comparación utilísima con modelos más complejos. “En verdad, estos nuevos modelos exactos van a suponer más trabajo para nosotros. Quizás hubiera sido mejor no haberlos descubierto”, bromea Carlos Rascón.

Referencia bibliográfica: A.O. Parry y C. Rascón. The Goldstone Mode and Resonances in the Fluid Interfacial Region. Nature Physics. 10 December 2018 https://www.nature.com/articles/s41567-018-0361-z

Videos en Gallery of Fluid Motion

La UC3M gana el concurso anual de vídeos científicos de la American Physical Society

Mon, 03 Dec 2018 10:23:55 +0100

El vídeo “La agitada vida de una gota de agua en un ambiente rico en aceite de anís”, realizado por los investigadores del grupo de investigación de Mecánica de Fluidos de la UC3M, Óscar Enríquez, Pablo Peñas-López y Javier Rodríguez-Rodríguez, ha sido uno de los ganadores de este concurso internacional. La banda sonora de fondo, una improvisación musical compuesta por Oscar Enríquez, se basa en un trío musical compuesto por clarinete, percusión y violín que representan a cada uno de los tres fluidos.

"Nunca habíamos visto algo así, y estábamos bastante sorprendidos sobre lo que estaba pasando", comenta Óscar Enríquez, profesor del departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos de la UC3M y cuatro veces ganador del Gallery of Fluid Motion. “Después de varios experimentos adicionales, observamos que el alcohol, de alguna manera, permitía que el aceite de anís entrase en la gota de agua y formase una emulsión (una colección de pequeñas gotas de aceite) dentro de la gota. Al mismo tiempo, el alcohol entraba y se mezclaba con el agua, lo que provocaba que la gota creciera, se hiciera menos densa y pudiera flotar”.

La otra pieza audiovisual de la UC3M que ha ganado este concurso se denomina “Oscilaciones de llama premezcladas en canales estrechos” y ha sido realizada por los investigadores Fernando Veiga López, Daniel Martínez Ruiz y Mario Sánchez Sanz, también del grupo de investigación de Mecánica de Fluidos, y muestra los efectos de la relación combustible-aire en la forma de una llama de propano.

Cuando la relación de combustible-aire de una llama en un espacio reducido se eleva por encima de un valor crítico, gracias a las ondas acústicas que se activan dentro del recipiente, el frente de la llama sufre dramáticas ondulaciones. El equipo dice que el trabajo es relevante para los motores y las cámaras de combustión de las turbinas de gas, que a menudo experimentan las llamadas oscilaciones termoacústicas que pueden afectar a su funcionamiento.

El concurso ‘Gallery of Fluid Motion’ se celebra en el marco del congreso anual de la American Physical Society, el más importante del mundo en mecánica de fluidos. Este concurso, que trata de utilizar la capacidad que tienen las imágenes para mezclar ciencia y arte de modo que atraigan la atención del público general hacia temas de investigación, se inspira en gran medida en “An Album of Fluid Motion”, un libro con fotos en blanco y negro publicado en 1982 por el profesor de ingeniería de Stanford, Milton Van Dyke, fallecido en 2010.

Más información:

Una investigación estudia la relación entre poder adquisitivo y acciones contra el cambio climático

Mon, 05 Nov 2018 12:23:54 +0100

Para conseguirlo, los investigadores han diseñado un experimento de ciencia ciudadana en el que han participado más de 320 personas divididas en 54 grupos de seis. El funcionamiento ha sido el siguiente: distribuían 240 euros a cada grupo, cuyos miembros ni se conocían ni se podían relacionar entre ellos. A cada miembro del grupo se le daba una cantidad concreta de dinero. En la mitad de los grupos, todos dispusieron del mismo capital: 40 euros cada uno. En la otra mitad, el dinero se distribuyó de forma desigual: desde 20 hasta 60 euros a cada miembro. El experimento se llevó a cabo en la calle y durante el festival de juegos de mesa DAU que organiza el Instituto de Cultura de Barcelona.

A partir de aquí, cada persona debía aportar dinero a un bote común con el reto de lograr, después de diez rondas, un total de 120 euros dedicado a una acción contra el cambio climático; en concreto, plantar árboles en la sierra de Collserola (en Barcelona). Con el dinero que les quedaba obtenían vales de compra. Al empezar el experimento, todos sabían con qué cantidad de dinero contaba cada uno y en cada ronda podían conocer cuánto había aportado cada participante.

De este modo, se ponía a prueba el esfuerzo económico que está dispuesto a hacer cada uno por un beneficio colectivo, en este caso relacionado con el cambio climático. Los resultados constataron que, a pesar de que todos los grupos consiguieron el objetivo colectivo de llegar a los 120 euros, “la distribución del esfuerzo fue muy poco equitativa”, explica Jordi Duch, investigador del grupo de investigación Alephsys - Algorithms Embedded in Physical Systems - de la Universitat Rovira i Virgili.

Concretamente, los participantes con menos recursos contribuyeron significativamente más al bien público que los más ricos, en ocasiones, hasta dos veces más. Los investigadores concluyeron que los más pobres formaban parte de los considerados “grupos generosos”, mientras que los más ricos se clasificaban mayoritariamente en un “grupo agresivo”.

Los resultados sugieren que las políticas futuras se beneficiarían tanto de reforzar las acciones de justicia climática como de educar en la equidad, en lugar de centrarse en la comprensión de las consecuencias climáticas genéricas o globales, puesto que esta sensibilización no ha demostrado generar aportaciones equitativas.

“De hecho, el estudio demuestra una vez más que la cooperación es mejor que la competición a la hora de conseguir alcanzar metas socialmente deseables, y que en el caso del cambio climático es necesaria la cooperación entre todos los agentes involucrados”, señala otro de los autores del estudio, Anxo Sánchez, catedrático del departamento de Matemáticas de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M).

Más pobres y más vulnerables

El análisis de los resultados indica que en los grupos en los que no había desigualdades en el capital se han podido diferenciar dos comportamientos: uno que coopera con cantidades que se considerarían justas -aproximadamente con la mitad de su capital inicial- y otra parte que cooperan mucho más del justo. Sin embargo, en los grupos que partían de la desigualdad inicial, hay muchas más diferencias. Quienes disponían de más dinero (50 o 60 euros) contribuían menos de lo que se considera justo, al contrario de quienes tenían menos (20 o 30 euros) que contribuían proporcionalmente mucho más.

Estos resultados evidencian que “dadas las desigualdades, los grupos más pobres son más vulnerables y, por tanto, quienes más sufren”, explica Julián Vicens, actualmente investigador del grupo OpenSystems y miembro del Instituto de Sistemas Complejos de la UB.

El dispositivo experimental, implementado en tablets, simula interacciones sociales estratégicas basadas en la teoría de los juegos y plantean dilemas sociales que ponen en tensión el interés individual y el bien común y se han aplicado mecanismos de machine learning para identificar patrones de comportamiento.

Referencia bibliográfica:

Julián Vicens, Nereida Bueno-Guerra, Mario Gutiérrez-Roig, Carlos Gracia-Lázaro, Jesús Gómez-Gardeñes, Josep Perelló, Angel Sánchez, Yamir Moreno, Jordi Duch. “Resource heterogeneity leads to unjust effort distribution in climate change mitigation”, Plos One, 30 octubre de 2018. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204369

Disponible en e-Archivo: http://hdl.handle.net/10016/27682

El papel constructivo del ruido

Thu, 04 Oct 2018 13:39:34 +0200

Hasta ahora, todos los métodos para detectar señales muy débiles (con frecuencias altas) se basaban en la sincronización de esa señal débil con una señal de referencia, por lo que una señal de frecuencia desconocida (como, por ejemplo, un mensaje cifrado o un fragmento de información apenas audible) podía pasar desapercibida si estaba “escondida” en un ruido fuerte de fondo. Los científicos han encontrado un sistema electrónico en estado estacionario que produce oscilaciones coherentes y estables de la corriente al aplicarle un ruido, lo que se llama “resonancia coherente”. La frecuencia de estas oscilaciones varía continuamente en un amplio rango de cero a cien megahercios. Si además se le superpone una señal débil de frecuencia en ese rango, el sistema se sincroniza con la señal débil, lo que se llama resonancia estocástica. Esto se puede usar para detectar, procesar e interpretar la señal débil, en un espacio de tiempo menor y sin necesidad de una señal de referencia como en los métodos convencionales.

Estos hallazgos podrían utilizarse para identificar señales que estén escondidas en una gran cantidad de ruido o, recíprocamente, para cifrar señales envolviéndolas en un ruido de fondo y recuperándolas más tarde. Por ejemplo, se podría extraer la información de una conversación que hubiera sido grabada en una habitación ruidosa, podrían analizarse de forma más eficiente observaciones astronómicas enmascaradas por un gran ruido de fondo, e incluso sería posible procesar señales de imágenes.

"El ruido es habitualmente una molestia que queremos evitar y minimizar en aplicaciones prácticas. Sin embargo, hay veces en las que el ruido juega un papel constructivo que se puede explotar para producir resultados útiles", expone Luis L. Bonilla, investigador del departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química y del Instituto Gregorio Millán Barbany de la UC3M.

Para demostrar la existencia de estas resonancias producidas por el ruido y aprovechables para la decodificación de señales débiles, el equipo de investigación experimentó con una superred de semiconductores que alterna periódicamente capas de arseniuro de galio con otras de una aleación de arseniuro de galio con un 45 por ciento de aluminio. Las simulaciones numéricas basadas en modelos de transporte de electrones se realizaron en el Instituto Gregorio Millán y el departamento de Materiales de la UC3M, y los experimentos de laboratorio tuvieron lugar en el Instituto SINANO de Suzhou y en la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa (China) con muestras creadas en el Instituto Paul Drude de Berlín (Alemania).

Referencias bibliográficas:

Emanuel Mompo, Miguel Ruiz-Garcia, Manuel Carretero, Holger T. Grahn, Yaohui Zhang, Luis L. Bonilla, Coherence resonance and stochastic resonance in an excitable semiconductor superlattice (Resonancia coherente y resonancia estocástica en una superred semiconductora excitable). Physical Review Letters. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.086805
Zhengzheng Shao, Zhizhen Yin, Helun Song, Wei Liu, Xiujian Li, Jubo Zhu, Klaus Biermann, Luis L. Bonilla, Holger T. Grahn, Yaohui Zhang, Fast Detection of a Weak Signal by a Stochastic Resonance Induced by a Coherence Resonance in an Excitable GaAs / Al 0.45 Ga 0.55 As Superlattice (Detección rápida de una señal débil por una resonancia estocástica inducida por una resonancia coherente en una superred excitable de GaAs / Al 0.45 Ga 0.55 As). Physical Review Letters. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.086806

Un estudio científico caracteriza nuestros círculos de amistad

Tue, 24 Jul 2018 09:11:38 +0200

Contamos con un promedio de 3 ó 5 personas con las que tenemos una relación muy estrecha (amigos íntimos y/o familia), alrededor de 10 buenas amistades, un grupo más amplio de unas 30-35 personas con las que tratamos frecuentemente y un centenar de conocidos en nuestro día a día. Es decir, nos relacionamos habitualmente con unas 150 personas. Se trata del “número de Dunbar” que indica el límite de amigos que puede manejar nuestro cerebro, según la teoría formulada en los años noventa por el profesor de Psicología Evolutiva de la Universidad de Oxford, Robin Dunbar, que también participa en este nuevo estudio científico.

“Lo que nuestra teoría predice y hemos podido comprobar ahora es que, potencialmente, personas con una elevada capacidad cognitiva, podrían ampliar el círculo de amistades íntimas”, explica uno de los autores del estudio publicado en PNAS, Anxo Sánchez, catedrático del departamento de Matemáticas de la UC3M. Esto también ocurre en las comunidades pequeñas, cuando hay pocas personas accesibles para establecer una relación, lo que conduce a que se amplíe el círculo de amistades más estrechas entre la gente disponible: “Es la primera vez, hasta donde sabemos, que una teoría puramente matemática, basada en un principio físico básico (el de máxima entropía) predice un fenómeno o estructura social”, señala Anxo Sánchez.

Algo similar ocurre a la inversa, según los investigadores. “No podemos tener relaciones con unas 150 personas y que todas sean íntimas. Por tanto, si se tienen muchísimas relaciones, tiene que ser al coste de que casi todas sean superficiales”, señala otro de los autores del estudio, Ignacio Tamarit, del Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos de la UC3M, que desarrolla su tesis doctoral sobre este tema.

A la hora de iniciar el estudio, realizado con el apoyo del programa de Ayudas a Equipos de Investigación Científica de la Fundación BBVA en el área de Economía y Sociedad Digital, los investigadores partieron de la hipótesis de que las relaciones humanas conllevan distinto nivel de esfuerzo dependiendo de la intensidad emocional y que la capacidad de gestionarlas es limitada. Mediante técnicas estándar de física estadística, calcularon la organización en círculos de amistad y plantearon la idea del régimen invertido (que en comunidades pequeñas con menos relaciones la intensidad de las mismas es mayor). Para comprobarlo, se utilizaron datos de comunidades casi aisladas de inmigrantes - proporcionadas por un antropólogo de la Universidad Autónoma de Barcelona, José Luis Molina - y tras aplicar el modelo teórico encontraron las evidencias que buscaban: “Nuestro modelo explica el surgimiento de la estructura en la organización de las redes personales”, señala otro de los investigadores, José Cuesta, catedrático del departamento de Matemáticas de la UC3M.

Este estudio se enmarca en IBSEN (Bridging the Gap: From Individual Behaviour to the Socio-tEchnical MaN), un proyecto de investigación europeo (FET Open Research and Innovation Action, H2020 Grant Agreement 662725) coordinado por la UC3M que estudia el comportamiento de las personas a nivel individual, sobre todo cuando están conectadas por nuevas tecnologías como los teléfonos móviles o las redes sociales.

Referencia bibliográfica:

Cognitive resource allocation determines the organisation of personal networks. Ignacio Tamarit, José A. Cuesta, Robin I. M. Dunbar y Ángel Sánchez. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 23 de julio de 2018. DOI: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1719233115

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La NASA selecciona por sexta vez una imagen procesada por un profesor de la UC3M

Mon, 28 May 2018 08:52:02 +0200

El APOD es un sitio web de la NASA y la Universidad Tecnológica de Míchigan (EEUU) que selecciona cada día una imagen diferente del universo, junto con una breve explicación escrita por un astrónomo profesional. Arrancó el 16 de junio de 1995 y actualmente se ha convertido en una de las referencias de Internet para la comunidad astronómica mundial.

“Nunca pensé que en trece meses -tiempo que lleva mandando imágenes a la NASA- iba a conseguir colocar seis como foto del día y me parece increíble haberlo conseguido dos veces en esta semana”, comenta Domingo Pestana, que es profesor del departamento de Matemáticas de la UC3M y gran aficionado a la astrofotografía. Su APOD del pasado viernes corresponde a una imagen en la que aprecia un grupo de galaxias, denominado Abell S0740, que se encuentra a 450 millones de años luz de distancia de la Tierra.

Para conseguir esta imagen, Pestana ha procesado imágenes captadas por el Telescopio Espacial Hubble mediante un software español, Pixinsight, un programa de postproducción digital desarrollado por investigadores de la Universidad de Valencia que permite eliminar el ruido que contienen las imágenes en bruto captadas por las cámaras. “Descargo las imágenes originales de la NASA y comienzo a trabajar en ellas. En las originales prácticamente no se distingue nada, son muy oscuras, pero después de dedicar unas cuantas horas a su edición se consigue hacer aflorar detalles asombrosos”, explica Pestana.

“La galaxia elíptica gigante (en el centro derecha de la imagen) abarca más de 100.000 años luz y contiene alrededor de 100.000 millones de estrellas, con un tamaño comparable a nuestra propia galaxia espiral, la Vía Láctea“, explica la NASA en el APOD del día 25 de mayo. Los datos del Hubble pueden revelar una gran cantidad de detalles, incluso en galaxias tan distantes, como brazos y líneas de polvo espacial, cúmulos estelares, estructuras de anillos y arcos de lentes gravitacionales.

Cuando hace buen tiempo, somos más felices en las redes sociales

Thu, 26 Apr 2018 09:33:21 +0200

El estudio, publicado en la revista científica Plos One, ha sido llevado a cabo por investigadores de la UC3M en colaboración con colegas de la Agencia Nacional Científica de Australia CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation), el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en Inglés), el Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE, por sus siglas en inglés), la Universidad de California en San Diego (EEUU), la Universidad de Monash (Australia) y la Universidad de Stanford (Estados Unidos).

El equipo científico, basándose en el análisis de miles de millones de mensajes de Twitter y Facebook, ha demostrado que preferimos los días cálidos y con sol en lugar de los días fríos y con humedad. “Nuestro estudio es el primero en observar y medir la relación entre el buen tiempo y el estado de ánimo usando para ello billones de posts en Twitter y Facebook en 75 áreas metropolitanas de EEUU”, indica el profesor del departamento de Matemáticas de la UC3M, Esteban Moro, actualmente profesor visitante en el Media Lab del MIT. Si bien este hecho era una creencia popular bastante extendida, hasta este momento no se había realizado ningún estudio científico a gran escala capaz llegar a conclusiones estadísticamente significativas.

“Podemos observar que la manera que tenemos de expresarnos está determinada por el clima. Las condiciones climáticas adversas, como las altas y bajas temperaturas, las precipitaciones, una mayor humedad y un aumento de nubosidad, disminuyen el sentimiento de las expresiones del ser humano, como hemos podido constatar a través de miles de millones de publicaciones en redes sociales procedentes de millones de ciudadanos estadounidenses”, dice otro de los investigadores, Nick Obradovich, del Media Lab del MIT.

Para examinar la asociación entre las condiciones climáticas y los sentimientos expresados, los autores del estudio recogieron 2.400 millones de mensajes de Facebook y 1.100 millones de Twitter entre los años 2009 y 2016. Analizaron el sentimiento de cada publicación utilizando una herramienta especial que clasifica los mensajes por su contenido como positivos o negativos. Para ello, contabilizaron el número de palabras positivas y negativas compartidas en los mensajes de los usuarios y compararon los resultados con los datos meteorológicos diarios de cada ubicación.

“La incidencia de este efecto es tan significativa que podría situarse en el mismo orden de magnitud del cambio de humor que se produce en las redes sociales ante sucesos como el terremoto en California en agosto de 2014 o el tiroteo de San Bernardino de diciembre de 2015, en el que hubo 14 muertos y más de una veintena de heridos”, señala Esteban Moro.

Estos resultados obtenidos por los investigadores podrían usarse para anticipar cuál será el efecto del tiempo de los próximos días en el estado de ánimo de las personas. También podría permitir a los proveedores de contenido publicar noticias acordes al estado emocional de su audiencia o que ciertos sistemas de asistencia personal (como Alexa o Siri) empleen esta información para adaptar sus mensajes a las necesidades del usuario.

Más información:

Patrick Baylis, Nick Obradovich, YuryKryvasheyeu, Haohui Chen, Lorenzo Coviello, Esteban Moro, Manuel Cebrian, James H. Fowler. Weather Impacts Expressed Sentiment. PLOS ONE, 2018. April 25, 2018.