Pablo Gutiérrez ● Director / Profesor Asociado

La fabricación digital es un concepto que está revolucionando el modo en que se producen piezas y objetos. Hace referencia a procesos de manufactura en los que se usan máquinas controladas por una computadora para fabricar un objeto, previamente diseñado en algún software. La fabricación digital incluye tecnologías como impresión y escaneo 3D, corte láser y mecanizado CNC (control numérico computarizado); que junto al diseño CAD (diseño asistido por computadora) y programación permiten procesar archivos digitales para construir objetos tangibles. También se relaciona con el modelo educativo STEAM (ciencia, tecnología, ingeniería, arte y matemática) y con tecnologías que definen la próxima revolución industrial, la industria 4.0. La fabricación digital puede ser considerada un medio para desarrollar competencias como la creatividad, la colaboración y el trabajo en equipo, la proactividad y el emprendimiento. Numerosas experiencias internacionales y nacionales en fabricación digital han demostrado ser eficaces en fomentar competencias transversales en estudiantes, a diferencia del simple uso de dispositivos electrónicos (por ejemplo, smartphones). La eficacia de la fabricación digital radica en que, si bien también implica el uso de dispositivos electrónicos, pone el foco en conceptualizar, desarrollar y construir un producto físico. En consecuencia, esta nueva filosofía basada en el “aprender haciendo” aumenta la motivación, otorga autonomía y brinda competencias laborales fundamentales para el siglo XXI. La pandemia Covid-19 ha traído pérdidas irreparables, pero también grandes aprendizajes y desafíos tecnológicos. Se ha acelerado la transformación digital y se ha manifestado un gran potencial de desarrollo tecnológico local. Por otra parte, también se han visualizado brechas digitales y de género en la educación chilena. Desde el punto de vista del impacto en aprendizaje en contexto de pandemia, se ha determinado que la Región de O’Higgins podría ser una de las más perjudicadas por el cierre prolongado de los establecimientos educacionales (MINEDUC, 2020). Sumado a ello, es particularmente preocupante la diferencia, en detrimento de las niñas y las adolescentes, que ocurre con el desempeño en áreas STEAM, por lo crucial que estas resultan en las futuras oportunidades, nivel de ingresos y calidad de vida a la que podrán acceder (UNESCO, 2019). La Estrategia Regional de Innovación identifica la baja formación e incorporación de nuevas tecnologías 4.0 como una brecha que limita la puesta en marcha de proyectos innovadores y la asociatividad entre los actores regionales. Indicadores comunes para medir la efectividad de la innovación empresarial y emprendimiento tecnológico son instrumentos de propiedad industrial, como patentes, y surgimiento de empresas de base tecnológica. Las estadísticas de la Región de O’Higgins no son buenas. Según los últimos datos de INAPI, apenas el 1,33% de las patentes solicitadas en Chile provienen de la Región de O’Higgins. Por otro lado, no existen registros de emprendimientos regionales de base tecnológica. La incorporación de las tecnologías de fabricación digital en la formación de jóvenes makers puede fortalecer la educación STEAM, reducir la brecha digital y de género y potenciar los procesos de innovación empresarial y emprendimiento tecnológico en la Región de O’Higgins.

The field of remote sensing is experiencing an unprecedented acceleration. Besides the large public programs such as Sentinel (see e.g. https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-2), private actors are creating fleets of micro-satellites capable of monitoring of the earth with daily revisits. This abundant and cheap data is creating opportunities for developing novel applications for the monitoring of industrial and agricultural activity. The automatic exploitation of this data is bound to specific application domain knowledge, which requires a mastery of advanced techniques such as computer vision and machine learning, as well as expert knowledge in the field of agriculture. To do this, the team must master earth observation satellites, be able to define the adequate mathematical detection theories, and build on a deep knowledge of satellite image processing, while also including expert knowledge in agriculture. This project aims at uniting competences across the fields of computer vision and machine learning, remote sensing to address emerging applications in agronomy. This project will in addition foster the creation of reproducible research by adopting a reproducible research methodology thus contributing the resulting algorithms to the journal Image Processing On-Line (IPOL). The IPOL journal is an initiative to establish a clear and reproducible state-of-the-art in the domain of image processing and computer vision.

Los laboratorios de fabricación digital son espacios que cuentan con maquinaria y personal capacitado para facilitar el diseño y desarrollo de prototipos y para promover la innovación en productos, procesos y servicios. Se conciben como laboratorios que facilitan herramientas de fabricación avanzada y capacidades a la comunidad en general, pudiendo ser más enfocados a emprendedores, empresas e institutos de investigación. Una característica común es que sirven como plataforma para estimular el aprendizaje y la invención en la comunidad. Las máquinas y capacidades técnicas instaladas en estos laboratorios brindan la oportunidad de encontrar soluciones innovadoras a problemas comunes y ser incubadores de microemprendimientos que resuelvan problemas de forma innovadora y sustentable. El primer laboratorio de fabricación digital, junto con el concepto FabLab, aparece en el MIT (Massachussets Institute of Technology, Estados Unidos) en el año 2000. Actualmente, existe una red mundial de alrededor de 3000 FabLabs distribuidos en 5 continentes. En Chile se pueden encontrar 17 de estos laboratorios, la mayoría de ellos concentrados en la Región Metropolitana; 2 en la Región del Maule y ninguno en la Región de O’Higgins. La ausencia de un laboratorio regional está en concordancia con estadísticas del año 2016 que reportan apenas 118 m2 de espacios dedicados a innovación en la Región de O’Higgins frente a 27 936 m2 en la Región Metropolitana. En ese contexto, la Región de O’Higgins es la segunda región con menor superficie dedicada a innovación. La instalación de un laboratorio de fabricación digital en la Región de O’Higgins se identifica como una gran oportunidad para promover la innovación, brindando acceso a equipos y a capacitaciones sobre herramientas de fabricación avanzada a industrias y emprendedores regionales.

Fluid impacts are present in a large variety of situations. For instance, the craters formed by rain--drops impacting the soil are relevant in agricultural applications. Also, wave--impact can damage coastal structures, and impact of sloshing--waves may produce over--turning of trucks or vessels that transport fluids. Therefore, the relevance (I would say the impact) of fluid impact goes from industry to environmental sciences. And also because of its beauty and scientific challenges, fluid impact is currently (and largely) studied by communities of physicist and applied mathematicians. As the field of fluid impact is vast, we focus in one particular problem: the bottle flip challenge, as (1) it provides more contoured problems to be tackled experimentally during the time limits of this proposal; (2) it could give insights about other relevant and applied problems; (3) as it already received press coverage worldwide, it is likely to have a large visibility of the results obtained. The bottle flip challenge is a game consisting in spinning a plastic bottle partially filled with water, in order to make it landing vertically after completing a single turn, or more. In recent years the challenge received huge attention in social media and some press coverage including Las Ultimas Noticias. In our opinion, such effervescence for a physical phenomenon relies in the counter-intuitiveness of the trick: as the bottle is turning, one expect it to continue turning until falling down, instead of the abrupt and stable stop in a vertical position that actually occurs. Some of the videos, magazine publication and the available physics article (Dekker et al., 2018), focus their attention in the conservation of angular momentum and the variations of momentum of inertia to explain the successful landing. Dekker et al. recognize that the physics of water sloshing is highly complex in itself and approached the problem by the side of classical mechanics. What we propose here, is indeed to take the challenge of fluid dynamics to carry conserved-quantities explanations to a greater depth. Our starting point is a high--speed camera recording of a successful throw and landing. There, one can observe at least two key fluid-dynamical events that contribute to the vertical stabilization of the bottle: (1) the impact of a water jet into the wall, strongly reducing the bottle-angular-momentum during the free traveling of the system, and (2) a violent redistribution of water taking place at landing, where water captures an important amount of the kinetic energy carried by the bottle. After describing these two key events, we can already summarize this proposal as a committed experimental study of both events, plus an effort to translate these ideas into a (engineering inspired) sloshing dynamics application. We propose first to study the landing stage asking the following question (Question 1): for a container partially filled with fluid, can fluid motion act as a shock-absorber for the impact? We propose to perform an experiment where the bottle is rotated on its vertical axis before it is released (also vertically). Then we will study the effect of fluid motion, by simply defining a restitution coefficient (valid at landing impact) and to see when the loss of bottle-energy is maximized. Bottle-energy loss implies fluid-energy absorption: a balance that will be experimentally checked. Maximal loss of bottle-energy indeed ensures greater bottle stability at landing. Then, we will focus on the effect of water--jet--impact asking Question 2: On which circumstances jet-impact may stabilize a freely rotating container? On one side, we will perform experiments of bottle throwing just as the challenge proposes (that is, throwing the bottle by hand). Also, we will construct a quasi-2D experiment, to perform computer-controlled rotations of the bottle in order to produce jet--impact on the bottle walls. In both cases, we will study angular momentum transfer and deviations from bottles without impact by filming with a high-speed camera and applying mass conservation models. In order to return to the general problem of fluid impact, our final question (3) is Can we take advantage of jet-impact to stabilize any moving container? Here we will apply the previous knowledge to the study a classical configuration exhibiting wave impact: a container subjected to horizontal excitation. After characterizing impact conditions in the solid container, we will study the consequences (in wall acceleration for instance) of having a freely moving wall.

Proeulia auraria (eulia de los frutales=EF) es una especie nativa que ataca la mayoría de los frutales (carozos, pomáceas, vides, berries, etc) convirtiéndose en una plaga cada vez más relevante. Su fenología incluye 2 generaciones por temporada; la primera afecta brotación y floración, y la segunda cuaja-cosecha. Las larvas consumen follaje, flores y frutos (hasta un 30%). Además, es la quinta o sexta plaga cuarentenaria en exportaciones chilenas, causando todas las temporadas abundantes rechazos (entre 1 a 9% del total; fuente SAG). Ello hace indispensable controlar EF con aplicaciones de insecticidas residuales. Las ventanas de aplicación deben ser precisadas para optimizar el control y el uso de plaguicidas (ovicidas o larvicidas). Por tanto, es necesario predecir eventos críticos con modelos fenológicos, lo cual no se ha desarrollado contra esta especie. Los modelos requieren estimar umbrales térmicos (superior e inferior, UTS y UTI respectivamente) y la acumulación térmica (grados-día o ∑GD) por estadio. El UTI y la ∑GD se estimaron previamente (2010-2012) para EF en un proyecto RED DE PRONÓSTICOS FITOSANITARIOS RPF del SAG (ID-6que 12-2737-SE10), evaluando 5 regímenes de temperatura entre 13 y 28°C. Sin embargo, no se estableció el UTS y el modelo preliminar que derivó del estudio, se desvía parcialmente de lo observado. La presente propuesta de la U. de Chile plantea diseñar un sistema de alerta temprana de precisión para el control eficiente de EF, para lo cual se verificará/modificará el UTI y la ∑GD por estadio, y se determinará el UTS (con modelos no lineales), criando cohortes de los diferentes estados del insecto en 4 regímenes de temperatura adicionales (7, 10, 31, 33°C), en condiciones similares a las usadas en el estudio previo, lo que mejorará la calidad de los ajustes. Luego, se determinará la forma de cálculo de los GD, contrastando las observaciones de campo con la predicción del modelo, tanto para el corte vertical como el horizontal, y se seleccionará aquél que tenga mayor correlación, no realizado en el estudio previo. De la misma manera se determinará un Biofix o evento que indica cuándo se debe iniciar el cálculo de GD en campo. Estos modelos también requieren estimar con la mayor precisión el calor experimentado por los insectos. La propuesta plantea usar sensores de temperatura en distintas posiciones de la copa, de 4 especies frutales hospederas de EF, para determinar un factor de corrección que permita ajustar el modelo de GD para EF. Esta información permitirá desarrollar algoritmos con los que se harán las predicciones del Sistema de Alerta del SAG (RPF), generando pronósticos a 8 días. Para hacer accesible el sistema, se aprovechará el Portal Productor del RPF-SAG, para ofrecer el servicio de alerta temprana de Eulia a los productores. El sistema de alerta para EF quedará programado y disponible para que todos los usuarios, sin costo, puedan dibujar los polígonos a nivel de cuartel y variedad para programar sus alertas y controles químicos, rompiendo la brecha de cobertura y acceso a información meteorológica, y de recomendaciones de manejo, que existe entre productores. La transferencia tecnológica a los usuarios finales, se realizará mediante actividades de capacitación, seminarios, días de campo y un manual de uso que quedará a su disposición. La sustentabilidad del proyecto estará garantizada por la mantención del servicio en la plataforma RPF, por el SAG.