Ya han sido seleccionados los 12 proyectos de la tercera convocatoria del programa MIT-Spain ”la Caixa” Foundation Seed Fund. Este programa, único en España, nació con el principal objetivo de impulsar la interrelación entre los grupos de investigación de excelencia españoles y los del prestigioso MIT. La convocatoria está dotada con más de 300.000 euros en total, que irán destinados, íntegramente, a subvencionar los viajes y las estancias de los investigadores en España y Boston que permitan arrancar sus proyectos de investigación.
La colaboración con el MIT aporta un gran valor a la investigación española de frontera, ya que se trata de una de las mejores instituciones de investigación a nivel internacional. Entre los profesores de su claustro se cuentan unos 80 premios Nobel, y sus alumnos han impulsado más de 30.000 empresas.
Este programa está dirigido a proyectos de investigación de tres áreas distintas:
- Salud: cáncer, sida-VIH, enfermedades cardiovasculares, enfermedades neurodegenerativas y salud global y planetaria.
- Energía: nuevas fuentes de energía y energías renovables.
- Economía global: economía, ciencia y tecnología como herramientas para combatir la desigualdad social.
Desde su puesta en marcha en el año 2017, son ya 36 los proyectos que se están desarrollando gracias a esta iniciativa.
Los 12 proyectos pioneros transoceánicos
En esta tercera edición, se han seleccionado 12 iniciativas de entre las 25 presentadas por distintos centros de investigación y universidades en los tres ámbitos de la convocatoria. Concretamente, se han concedido ayudas a cuatro proyectos del campo de la salud, cuatro del de la economía global y cuatro del de la energía.
Los proyectos seleccionados pertenecen a distintas comunidades del Estado: Aragón (1), Cataluña (5), Comunidad de Madrid (4), Murcia (2), País Vasco (1) y Comunidad Valenciana (1) *Dos de los proyectos son en colaboración entre centros de dos comunidades distintas. Las propuestas se enmarcan a partes iguales dentro de las tres categorías: 33 % en la de salud, 33 % en la de energía, y 33 % en la de economía global.
INICIATIVAS DENTRO DEL CAMPO DE LA SALUD
1. Estudiar la variabilidad de las células madre del cáncer para abrir nuevas vías de tratamiento
Miguel Beato y Roni Wright (Centro de Regulación Genómica, CRG), y William Thilly (MIT)
El cáncer se propaga por un pequeño grupo de células dentro del tumor, las células madre cancerosas (CMC). Estas CMC crecen y se dividen rápidamente, son resistentes a terapia, y sus niveles elevados se asocian a un peor pronóstico para los pacientes. Las CMC requieren enormes cantidades de energía para crecer y hacer metástasis. El objectivo del proyecto es comprender el mecanismo por el que las CMC generan la energía necesaria a través de la molécula adenosín trifosfato (ATP), que permite almacenar e intercambiar energía para diversas funciones dentro de la célula, lo que puede proporcionar nuevas y prometedoras terapias contra el cáncer.
Concretamente, el grupo del MIT ha identificado las células metacariotas, que son potenciales impulsores de las CMC, mientras que el grupo del CRG también ha identificado una nueva maquinaria de síntesis de ATP dentro del núcleo de las células cancerosas. En este sentido, este proyecto tiene como objetivo explotar el experto conocimiento de los dos grupos para determinar si las células metacariotas usan la vía de síntesis nuclear de ATP para la supervivencia. Esto podría llevar, incluso, al diseño de un fármaco que ayudara a los pacientes de cáncer metastásico.
2. Preparando nuestros datos para ayudar a más pacientes: compartir es mejorar en cuidados intensivos.
Antonio Núñez Reiz, Miguel Sánchez García y Ángel Luis del Rey Mejías (Hospital Universitario Clínico San Carlos de Madrid), y Leo Anthony Celi (MIT)
Los pacientes ingresados en las unidades de cuidados intensivos se benefician hoy en día del empleo de la historia clínica electrónica, que permite guardar y utilizar de modo muy eficiente una gran cantidad de información que se recoge continuamente, tanto por parte del personal médico, de enfermería o técnico, como desde el conjunto de aparatos empleados en el tratamiento del paciente (monitores, bombas de infusión, respiradores, laboratorio, etc.). Las técnicas de inteligencia artificial y de manejo de big data han evolucionado de forma extraordinaria en los últimos años, y permiten utilizar toda esa información para extraer conocimiento que permita mejorar nuestra actuación con los pacientes.
El objetivo del proyecto es «traducir» a un formato común los datos de nuestra historia clínica electrónica en el Hospital Universitario Clínico San Carlos, para que, de forma segura y respetando la privacidad de los pacientes, puedan ser utilizados, junto con datos de otros hospitales, para obtener conclusiones que puedan beneficiar a todos los pacientes. Para ello, trabajaremos con expertos del MIT en la realización del proceso de anonimización y «traducción» al formato MIMIC (el estándar hoy en día en cuidados intensivos).
3. Administración local de fármacos para evitar infecciones y mejorar la regeneración del hueso después de una intervención quirúrgica
Salvador Borrós (Instituto Químico de Sarrià) y Natalie Artzi (MIT)
La osteomielitis postraumática es una de las complicaciones más graves observadas en traumatología. La incidencia de osteomielitis solo en los Estados Unidos es de aproximadamente 112.000 casos anualmente. El 10-15 % de estas infecciones se producen de forma postraumática. En este sentido, el tratamiento de defectos óseos infectados sigue siendo un problema no resuelto en el campo de la ortopedia, ya que, para curar el defecto, el tratamiento es muy complicado: debe tratarse el tejido dañado circundante y asegurar la eliminación de pueden inhibir la curación ósea.
Para solucionar este problema, el proyecto pretende desarrollar un parche autoadhesivo, que se pueda colocar directamente en el momento de la intervención quirúrgica, con dos tipos de nanopartículas: las primeras, diseñadas para administrar localmente compuestos que mejoran su potencial de regeneración; las segundas, diseñadas específicamente para administrar un antibiótico solo a las células bacterianas presentes en el lugar del defecto, mejorado su eficacia y evitando así los efectos secundarios de administrar antibióticos de forma sistémica.
4.- Fusión de vesículas artificiales: desde sus fundamentos hasta sus aplicaciones
Laura Rodríguez Arriaga (Universidad Autónoma de Madrid, UAM) y Alfredo Alexander- Katz (MIT)
La fusión de vesículas es un fenómeno clave en muchos procesos biológicos, incluyendo la comunicación neuronal en cerebro y músculos. En cada sinapsis, pequeñas vesículas denominadas endosomas liberan neurotransmisores capaces de estimular la siguiente neurona, propagando el impulso nervioso. Muchas enfermedades están relacionadas con la pérdida de esta función sináptica.
Uno de los factores causantes de esta pérdida es el mal funcionamiento del complejo proteico denominado SNARE. Este complejo facilita la fusión rápida y robusta de dichos endosomas con la membrana de las neuronas en presencia de calcio. Inspirados por este complejo, proponemos una combinación sinérgica de computación (MIT) y experimentos (UAM) para diseñar un complejo artificial, basado en nanotecnología, que pueda inducir fusión de vesículas de forma rápida y controlada. El trabajo propuesto tiene el potencial de elucidar principios básicos del funcionamiento de la comunicación intercelular y del funcionamiento cerebral que permitan, en un futuro, el desarrollo de estrategias que combatan su pérdida de función en humanos.
INICIATIVAS EN EL CAMPO DE LA ECONOMÍA
1.- Usando analítica de aprendizaje en juegos para el aprendizaje para la evaluación de competencias clave para el siglo XXI
José Antonio Ruipérez Valiente (Universidad de Murcia) y Baltasar Fernández Manjón (Universidad Complutense de Madrid), y Yoon Jeon Kim (MIT Playful Journey Lab) y Eric Klopfer (MIT)
Los sistemas educacionales actuales siguen fuertemente centrados en contenidos, con métodos que generan un estrés innecesario a los estudiantes. Estos niños y jóvenes de hoy en día interactúan con facilidad con entornos digitales y videojuegos, los cuales, a su vez, pueden capturar gran cantidad de datos sobre sus usuarios. Estos datos los podemos utilizar con fines evaluativos para realizar evaluación de competencias a través de juegos, lo que puede permitir no solo medir conocimiento sobre contenidos, sino también comportamientos clave o habilidades cognitivas relacionadas con el éxito a largo plazo en esta sociedad.
En esta colaboración, se combinará la experiencia, implementando analíticas de aprendizaje e inteligencia artificial de los investigadores de las universidades españolas, con algunos de los juegos educativos desarrollados por los investigadores del MIT, para generar algoritmos que permitan medir algunas de estas competencias clave, como la creatividad, la persistencia o la capacidad de razonamiento especial, a través de dichos juegos interactivos. En una sociedad de la información donde los contenidos se encuentran fácilmente accesibles a un clic, los sistemas educativos deben centrarse en desarrollar y medir este tipo de competencias clave que garantizarán el éxito de los individuos en la sociedad del futuro.
2.- Analítica de aprendizaje sobre MOOC en entornos globales y regionales analizando la variabilidad entre plataformas y nacionalidades
José Antonio Ruipérez Valiente (Universidad de Murcia) y Justin Reich (MIT Teaching Systems Lab)
Los cursos en línea masivos y abiertos (MOOC, del inglés massive open online courses) recibieron una gran atención en el año de su aparición, llegando incluso The New York Times a declarar que 2012 había sido «the Year of the MOOC». Sin embargo, la mayor parte de la atención de la prensa y la investigación ha estado centrada solo en plataformas globales como edX, Coursera o FutureLearn, omitiendo una serie de plataformas regionales que ofrecen estos cursos a poblaciones locales, como Edraak para el mundo árabe o XuetangX para la población china.
Este trabajo, a través de una red de instituciones e investigadores con acceso a datos de MOOC, permitirá definir un formato de datos común y aplicar exactamente el mismo análisis de forma paralela a todas las plataformas que forman parte de esta red. El objetivo es explorar la variabilidad y las diferencias clave de las características demográficas y los comportamientos de los estudiantes en estas distintas plataformas de MOOC dependiendo de su contexto educacional. Esta información permitirá diferenciar los patrones globales y los de contexto para aplicarlos a las políticas educacionales.
3.- Cuantificar la respuesta de la vegetación ante el cambio climático mediante modelos estadísticos
David Chaparro (Universidad Politécnica de Cataluña, UPC), Mercedes Vall-llossera (UPC) y Maria Piles (Universidad de Valencia), y Dara Entekhabi (MIT)
Los episodios como la borrasca Gloria, las sequías prolongadas o el aumento global de la temperatura son ejemplos de fenómenos relacionados con el cambio climático que tienen un gran impacto sobre la vegetación y los ecosistemas terrestres. Estos extremos climáticos, que están afectando en los últimos años a la zona mediterránea, reducen el rendimiento de los cultivos y alteran el almacenamiento de carbono en los bosques, mermando, a su vez, su capacidad para mitigar el cambio climático. Entender el papel de la vegetación en estos intercambios Tierra-atmósfera es esencial para determinar los impactos de la presente emergencia climática.
Nuestro proyecto desarrollará modelos estadísticos para investigar la respuesta de la vegetación ante fenómenos climáticos extremos. Concretamente, aplicaremos alta tecnología de satélites de observación de la Tierra con sensores de microondas, ópticos y láser para medir el contenido de agua en los suelos y la vegetación, y la actividad fotosintética de las plantas y su biomasa, y así caracterizar la cubierta vegetal y su crecimiento. Con esta información, analizaremos a escala global y regional los intercambios de agua entre el suelo, la vegetación y la atmósfera, y cuantificaremos la respuesta de la vegetación a cambios extremos en estos procesos, inducidos por fenómenos climáticos como olas de calor, sequías e inundaciones. La vegetación absorbe más del 25 % del CO2 emitido por las actividades humanas, ayudando a mitigar el cambio climático. Conocer su estado de salud mediante estos modelos estadísticos contribuirá a mejorar las predicciones sobre el cambio climático y sus impactos.
4.- El espacio también se congestiona: dando un acceso libre y equitativo a este recurso a futuras generaciones
Martín Avendaño y David Arnas (Universidad de Zaragoza), y Richard Linares y Miles Lifson (MIT)
El espacio alrededor de la Tierra está siendo utilizado actualmente en muchas aplicaciones: comunicación, sistemas de posicionamiento global, meteorología y vigilancia terrestre, entre otras. En general, estas aplicaciones requieren múltiples satélites, cada uno moviéndose a lo largo de una trayectoria determinada, para poder funcionar adecuadamente. Si bien el espacio que nos rodea es potencialmente infinito, la tecnología con la que contamos nos limita a posiciones cercanas a la Tierra. Surge así un nuevo recurso natural al que muchos actores están interesados en acceder. Lamentablemente, debido a la falta de una política global para la administración de este recurso, las posiciones en este espacio son reclamadas por la primera misión que decida y pueda utilizarlas, sin tener en cuenta las posibles obstrucciones a futuras misiones que ello pueda implicar.
El objetivo de este proyecto es definir, dentro de ese espacio, un conjunto grande de posiciones admisibles que no interfieran entre sí, pudiendo ser repartidas entre los actores cuando sea necesario, y quedando garantizado que ello no creará problemas a futuras misiones. Esto representa solamente un primer paso en el desarrollo de un protocolo global para la explotación eficiente de este recurso natural.
INICIATIVAS EN EL ÁMBITO DE LA ENERGÍA
1.- Diseño de dispositivos electrónicos integrables para computadores cuánticos
Sergio Valenzuela (Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, ICN2) y William Oliver (MIT)
El uso creciente de Internet a través de computadores y dispositivos inteligentes, así como el procesamiento de cantidades enormes de la información digital que ello comporta, implican un elevado consumo de energía, que ya ha alcanzado el 10 % de la producción mundial de electricidad. Las nuevas tecnologías cuánticas, que se espera que aumenten drásticamente la capacidad de procesamiento de datos y la velocidad de los futuros ordenadores, prometen usar significativamente menos energía. Quedan aún muchos problemas tecnológicos por resolver para que los ordenadores cuánticos se conviertan en realidad, entre ellos la escalabilidad. Algunos componentes electrónicos necesarios para el funcionamiento de un computador cuántico —como los dispositivos llamados circuladores pasivos de microondas— no son aptos para su integración a gran escala, ya que son demasiado grandes y requieren la aplicación de fuertes campos magnéticos.
Este proyecto tiene como objetivo diseñar y crear prototipos de un tipo diferente de circulador, basado en unos materiales dotados de características muy interesantes: los aisladores topológicos. Se probarán distintas combinaciones de estos materiales para descubrir qué estructura cumple mejor con los requisitos para su aplicación en procesadores cuánticos. La sinergia entre el grupo del profesor Valenzuela, del ICN2, y el grupo del profesor Oliver, del MIT, permitirá combinar la sólida experiencia del primero en crecimiento y diseño de aisladores topológicos con la del segundo en técnicas de microondas y computación cuántica.
2. Pequeños vehículos aéreos no tripulados para la investigación sobre electricidad atmosférica
Joan Montanyà (UPC) y Carmen Guerra-Garcia (MIT)
Los pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV, del inglés unmanned aerial vehicle) presentan una plataforma única para estudiar los efectos eléctricos de la atmósfera en vehículos aéreos y estructuras elevadas. Por un lado, los UAV se pueden usar como un modelo relativamente económico de aeronaves de mayor escala, lo que permite la realización extensa de pruebas con tiempos de respuesta cortos en un entorno universitario. Por otro lado, los drones de vuelo vertical proporcionan una plataforma precisa para medir y observar las propiedades eléctricas de la atmósfera, permitiendo simular el impacto en estructuras elevadas y, en particular, en el caso de turbinas eólicas, que en un futuro cercano se estima que puedan alcanzar alturas de unos 300 metros. En el caso de aviones y aerogeneradores, los campos eléctricos ambientales se amplifican por factores de 10 o más en la superficie de la estructura. Esta amplificación de campo, combinada con los efectos del movimiento rápido, conduce a la aparición de descargas eléctricas de corona en las extremidades afiladas, como las puntas de las palas de los aerogeneradores y los extremos de las alas y del estabilizador en los aviones. Además, tanto los aviones como las turbinas eólicas adquieren carga eléctrica de la atmósfera y de otras fuentes, algunos de cuyos mecanismos aún son poco conocidos. Estudiar estos fenómenos es relevante, ya que son precursores de descargas de rayos dañinos durante las tormentas, y contribuyen a la degradación a largo plazo de los materiales compuestos.
En este proyecto, los colaboradores del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Grupo de Investigación de Rayos de la UPC proponen usar UAV para estudiar las descargas eléctricas de corona y la carga eléctrica en un avión pequeño y en palas de aerogeneradores.
3.- Catalizadores heterogéneos para una producción sostenible de precursores de plásticos
Iker Agirrezabal-Telleria (Universidad del País Vasco) y Mircea Dincă (MIT)
Un diseño correcto de catalizadores es esencial en la ingeniería de la reacción en la industria química. En este sentido, la conversión selectiva de moléculas pequeñas, como el etileno, en precursores de polímeros (propileno) puede resultar en procesos más sostenibles y energéticamente eficaces. Una de las posibles soluciones viene dada por catalizadores heterogéneos, que permiten la separación inmediata de productos gaseosos o líquidos.
Dada la complejidad de este tipo de reacciones, este proyecto pretende buscar sinergias entre ambos equipos de investigación en el diseño de catalizadores metal-orgánico estructurados (MOF, del inglés metal-organic framework). La variación de la parte orgánica, así como de la metálica, en combinación con fenómenos de reacción novedosos, pretende acoplar reacciones de dimerización y metátesis en un solo paso, permitiendo así reducir etapas de reacción y costes de producción. Esta colaboración con el MIT puede abrir nuevas vías de investigación en el campo de la catálisis heterogénea, y de este modo permitir una transición eficaz a procesos químicos medioambientalmente más sostenibles.
4.- Mejora de la calidad de la biomasa como combustible
Antonio Soria Verdugo (Universidad Carlos III de Madrid) y Ahmed F. Ghoniem (MIT)
La biomasa engloba, de forma general, residuos agrícolas, forestales, ganaderos e industriales con un cierto potencial energético, así como la materia orgánica que forma parte de los lodos de depuradora y los residuos sólidos urbanos. Esta fuente de energía es ampliamente utilizada en la actualidad debido a su gran disponibilidad en todo el mundo. No obstante, en ocasiones, la conversión de biomasa no resulta muy eficiente a causa fundamentalmente de la heterogeneidad del combustible y su baja calidad, principalmente cuando cuenta con un contenido en humedad elevado motivado por las condiciones ambientales durante su recogida. En este contexto, la torrefacción de la biomasa, que consiste en someter al biocombustible a una temperatura moderada, por debajo de 300 °C, en ausencia de oxígeno, permite homogeneizar el combustible y reducir su humedad, aumentando de este modo su capacidad energética y su calidad. Típicamente, la torrefacción suele llevarse a cabo en ausencia total de oxígeno, empleando nitrógeno para garantizar una atmósfera inerte, y precisándose un aporte energético para alcanzar la temperatura deseada para la reacción. Esto hace que el proceso de torrefacción sea relativamente costoso, debido al coste de generación de nitrógeno y al coste del aporte energético.
Con estas consideraciones, en este proyecto se propone llevar a cabo el proceso de torrefacción de biomasa en un ambiente con escaso contenido en oxígeno, empleando aire en lugar de nitrógeno, reduciendo el coste y quemando parcialmente los gases liberados durante la torrefacción, para conseguir tanto el aporte energético necesario para alcanzar la temperatura deseada como reducir significativamente el contenido en oxígeno del aire. El objetivo fundamental es permitir el uso a nivel local de esta tecnología, lo que posibilitaría llevar a cabo la torrefacción de biomasa en zonas cercanas a las de su producción, con el consiguiente ahorro en transporte. Asimismo, acercar el procesado de combustible a la generación de biomasa permitiría a agricultores y ganaderos transformar sus residuos en combustibles de calidad, contribuyendo a impulsar la economía de estos sectores.