Contactos Conócenos

Proyectos de investigacion del Laboratrio de óptica y  fotónica :

Desarrollo de espectrómetros de bajo costo basados en sistemas móviles y embebidos

CIOE-CINTI-CIPI

Responsables:

Omar Ormachea Ph.D. (CIOE), Alex Villazón Ph.D. (CINTI), Ramiro Escalera (CIPI)

Investigadores: 

Ing. Miguel Carballo


Resumen:

Si bien existen espectrómetros de alta resolución comerciales, estos son muy costosos y el software requiere el pago de licencias y no pueden ser adaptados a ciertas metodologías de medición (e.g. fluorescencia de rayos X aplicados a la minería, calidad de aguas potables y aguas residuales, alimentos y otros).

En este proyecto se desarrollarán espectrómetros de alta resolución de bajo costo basados en diferentes sensores fotónicos (cámaras CCD incorporadas en dispositivos móviles y PDA – Photodiode Array) con el uso de sistemas embebidos.

Los espectrómetros desarrollados podrán ser acoplados a dispositivo móviles (e.g. teléfonos inteligentes, tabletas). Se desarrollará una aplicación Android con interface de usuario para calibración, medición y visualización de datos del espectrómetro CCD de un dispositivo móvil. Asimismo, se desarrollará una aplicación basada en un sistema embebido RaspberryPi con interface inalámbrica de usuario para calibración, medición y visualización de datos del espectrómetro.

Los dispositivos desarrollados serán validados y aplicados a un método espectrofotométrico para la medición cuantitativa del cromo en licores de curtiembres.

Desarrollo de un sistema de microscopía de fluorescencia de bajo costo, basado en sistemas móviles y embebidos con interface inalámbrica (2016-2018)

CINTI-CIOE-Colaboración con IIBISMED-UMSS

Responsables:

Omar Ormachea Ph.D. (CIOE), Alex Villazón Ph.D. (CINTI)

Investigadores: 

Omar Ormachea Ph.D. (CIOE)

Alex Villazón Ph.D. (CINTI)

Patricia Rodriguez, Ph.D.c (externo, por colaboración con IIBISMED-UMSS)

Lic. Amilcal Flores (externo, por colaboración con IIBISMED-UMSS)

 


Resumen:
La microscopia de fluorescencia, es una técnica que se basa en que una sustancia natural presente o agregada en las células, que es estimulada por un haz de luz, emitiendo parte de la energía absorbida como rayos luminosos. Su aplicación más difundida es para revelar una fluorescencia agregada, como en la detección de antígenos o anticuerpos. También se puede inyectar moléculas fluorescentes específicas en parásitos o directamente en células y usarlas como marcadores.

En este proyecto se plantean el desarrollo de un sistema de microscopía de fluorescencia de bajo costo, basado en sistemas móviles y embebidos con interface inalámbrica, para la detección diferentes enfermedades, e.g. el mal de chagas, cáncer cervical, otros.

Los microscopios de fluorescencia convencional, utilizan dispositivos ópticos especiales, como ser filtros interferómétricos, dicroicos, una fuente de luz alógena de alta potencia, lo que encarece su costo (aprox. 100 mil Bs.) y los vuelve voluminosos. El sistema propuesto estará basado en una fuente laser de baja potencia como fuente de luz, un sistema óptico de microscopia y una cámara CCD controlada por un RaspberryPi, para la visualización de las muestras. Adicionalmente el sistema permitirá la visualización de las muestras en dispositivos móviles (tabletas, celulares, laptops), utilizando tecnología Web, a través de una comunicación inalámbrica Wifi. El posicionamiento de las placas de vidrio que contienen las muestras será automatizado utilizando de motores de paso y un sistema de posicionamiento mecánico de precisión.

Como estudio de caso para la validación del sistema, se eligió la detección de la Enfermedad del Mal de Chagas (parásito T. cruzi) por su impacto social (en colaboración con el IIBISMED-UMSS). Si el suero del paciente tiene anticuerpos, se produce una reacción antígeno-anticuerpo, la que se detecta con la adición de un segundo anticuerpo marcado con sustancias fluorescentes. Esta reacción se observará en el sistema desarrollado constatando la detección de la enfermedad.

El uso de elemento opto-electrónicos comerciales permite la reducción de costos en un 90% de los dispositivos convencionales de microscopía de fluorescencia.

Artículo en prensa local - Los Tiempos: Desarrollan microscopio de bajo costo

http://www.lostiempos.com/tendencias/tecnologia/20170427/desarrollan-mic..

Sistema de Iluminación Vial con Eficiencia Energética basada en Tecnología SmartGrid

CIOE-CINTI-(Colaboración con SUPSI-Suiza)

Responsables:

Omar Ormachea Ph.D. (CIOE), Alex Villazón Ph.D. (CINTI), Ing. Gian Carlo Dozio (SUPSI-Suiza), MSc. Armando Rivero (SUPSI-Suiza)

Investigadores: 

Ing. Erick Escobar (CIOE)

Ing. Fabio Arnez (externo, colaboración con SUPSI-Suiza – Becario RETECA de la UPB)

Ing. Juan Maidana (externo, colaboración con SUPSI-Suiza – Becario RETECA de la UPB)


Resumen:
En este proyecto se desarrollará un prototipo funcional de un sistema de iluminación vial inteligente con detección de movimiento (autos y/o personas) que permita optimizar el uso de energía utilizando tecnología de SmartGrid. En el proyecto se utilizará energía solar (tecnología LED y fotovoltaica) de manera eficiente, gracias a sensores y componentes inteligentes (hardware) desarrollado en el proyecto. También se desarrollará el protocolo de comunicación (firmware) para permitir comunicación inalámbrica entre los componentes, para regular la intensidad de luz a medida que los autos o personas van recorriendo el camino. El sistema de control electrónico se alimentará con energía generada por un sistema fotovoltaico de iluminación vial, y se desarrollará un sistema de actualización remota con sistemas embebidos.

El prototipo será instalado en el campus de Cochabamba UPB y se realizarán testeos del sistema en condiciones reales en pequeña escala. La electrónica será desarrollada en SUPSI-Suiza, y la parte de energía solar y la integración con sistemas embebidos en la UPB.

Sistema de información para red de medición y monitoreo de radiación solar

Director:

Juan Pablo Vargas, Ph.D. (CIOE)

jpvargas@upb.edu

Investigadores: 

Omar Ormachea, Ph. D. (CIOE)

Alex Villazon, Ph.D. (CINTI)

Resumen:
El monitoreo de radiación solar no solo requiere de dispositivos de medición, sino también de una infraestructura de software para poder almacenar, procesar y visualizar los datos obtenidos.  En este proyecto de colaboración entre el Centro de Investigaciones Opticas y Energía (CIOE) y el Centro de Investigaciones de Nuevas Tecnologías Informáticas (CINTI) plantea el desarrollo de un sistema de monitoreo – basados en un piranómetro y un espectrómetro - y su despliegue en una red de monitoreo utilizando la telefonía celular para el envío de datos. El componente de software es desarrollado por el CINTI que permite la envío y la difusión de datos a través de componentes de comunicación, almacenamiento y procesamiento. El proyecto pretende consolidar los datos obtenidos en las ciudades de Cochabamba y La Paz. Además el desarrollo del sistema de medición apunta a una solución portátil, para lo cual el uso de sistemas embebidos (i.e. dispositivos electrónicos de tamaño reducido) representan una oportunidad a nivel hardware. El proyecto dará acceso a los datos obtenidos a través de una plataforma Web con un interface usuario, que permita manipular los datos de manera sencilla e interactiva. Los resultados de las mediciones publicadas a través de la página web de la UPB. 


Software para sistema portátil LIBS

Título de Proyecto: 

Software para sistema portátil LIBS

Director:

Alex Villazón, Ph.D. (CINTI)

avillazon@upb.edu

Investigadores: 

Omar Ormachea, Ph. D. (CIOE)

Iván Terceros, Ing. (CIOE)


Resumen
En el programa “Desarrollo de Tecnología LIBS” del Centro de Investigaciones Ópticas y Energia (CIOE), se tiene el desarrollo de dispositivos especializados (láser portátil, espectrómetro de alta resolución y sistema LIBS portátil) aplicados a la minería en Bolivia. Estos elementos requieren software que es desarrollado por el CINTI, para la interpretación de los datos espectrales (Fase I) y el análisis semi-cuantitativo y cuantitativo de muestras sólidas utilizadas (Fase II). Dado que el proyecto apunta al desarrollo de un sistema portátil para análisis in-situ, el software deberá poder ejecutarse en sistemas embebidos y, complementariamente, en computadores portátiles para la visualización de los elementos en tiempo real.

El software captura las imágenes captadas por un sensor CCD (cámara monocromática conectada al sistema LIBS) para realizar un procesamiento para obtener los espectros correspondientes a los elementos de las muestras analizadas (e.g. Litio, Cobre, Plata, Oro, Plomo). Utilizando espectros de referencia conocidas (e.g. Mercurio), el software permite calibrar los datos por longitud de onda, para luego obtener datos espectrales y poder visualizarlos, almacenarlos y exportarlos. El software permite identificar los elementos de las muestras en tiempo real, haciendo una correspondencia con las referencias (e.g. de la Universidad de Delaware) de los espectros de cada elemento almacenados en una base de datos embebida.

Desarrollo de tecnología LIBS (Laser Induced Break-Down Spectroscopy) y espectroscopia de emisión atómica inducida por radiación láser
Responsable: 
Omar Ormachea, PhD
Email: oormachea@upb.edu

Investigadores:
Ing. Oscar Urquidi
 
Resumen:
En base a las distintas técnicas de análisis físico-químicos, tanto cuantitativos como cualitativos, existen una variedad de equipos de tecnología de punta como son los espectrofotómetros de absorción atómica, cromatógrafos de gases, espectrómetros de masa y otros. Una alternativa interesante de análisis de composición atómica es la espectroscopia de emisión atómica inducida por radiación láser LIBS (Laser Induced Break-Down Spectroscopy), ésta presenta ciertas ventajas con respecto a las otras técnicas según el análisis requerido e.g. no existe la necesidad de preparar la muestra a analizar y el equipo puede ser portable  haciendo de este equipo un excelente analizador de campo.
La técnica LIBS emplea como fuente de excitación a un láser pulsado de alta potencia, un espectrómetro de alta resolución y un sistema de recolección de la luz del plasma inducido en la muestra por la radiación coherente de alta intensidad del láser. Es esta luz quien contiene la información sobre la naturaleza atómica de la muestra, permitiendo cuantificar los componentes del material estudiado independientemente del estado  inicial de la muestar, ya sea sólida, líquida o gaseosa.
El objetivo del proyecto es el de utilizar las tecnologías láser y de espectrometría, desarrolladas en el CIO, como ser un láser pulsado de alta potencia, basado en un cristal del tipo YAG:Nd+++ y un espectrómetro que trabaja en el diapasón visible. El equipo láser es portátil y lo suficientemente potente como para producir plasma en muestras sólidas. Los elementos mencionados permitarán desarrollar un prototipo funcional basado en esta tecnología de análisis para ser utilizada en la minería boliviana en una primera instancia.

Diseño y construcción de un prototipo funcional de un láser sólido pulsado del tipo YAG:Nd+++
Responsable: 
Omar Ormachea Muñoz, PhD.
 
Investigadores:
Omar Ormachea Muñoz, PhD.
 
Resumen:
Se diseñó y construyó un láser (prototipo funcional) sólido pulsado del tipo YAG:Nd+++ excitado ópticamente por una lámpara flash (medio gaseoso = Xenón), con picos intensos de emisión en longitudes de onda cercanas a las bandas de absorción de los iones de Nd+++. La longitud de onda de generación fundamental corresponde al infrarrojo λ=1.064 µm, armónica principal, con la posibilidad de doblar la frecuencia de emisión con el uso de un cristal de LiNbO3, λ=0.532 µm, segunda armónica del láser correspondiente al diapasón visible. El prototipo cumple con las especificaciones estándar para equipos de este tipo, pudiendo trabajar en los regímenes de Generación libre y de Q-switch. Su construcción se ha basado en el reciclaje de piezas y partes de equipos comunes, como discos duros de PC, lo que ha permitido costos 60-70 % inferiores a los de productos europeos o americanos del mismo tipo.