Músculos Inteligentes en Robots Biológicamente Inspirados: Modelado, Control y Actuación

Las aleaciones metálicas que exhiben una propiedad conocida como efecto de memoria de forma, pertenecen a la clase de materiales inteligentes cuya aplicación más notable en el campo de la robótica se refleja en el uso de actuadores musculares artificiales, ó músculos inteligentes. Estos materiales tienen una estructura cristalina uniforme que cambia radicalmente en función de su temperatura de transición, causando su deformación. Se les denomina materiales inteligentes por la capacidad de recordar su configuración inicial después de recibir dicho estímulo térmico. Este artículo presenta la implementación de un actuador muscular inteligente aplicado en un micro-robot aéreo bio-inspirado tipo murciélago. Esto mamíferos voladores desarrollaron poderosos músculos que se extienden a lo largo de la estructura ósea de las alas, adquiriendo una asombrosa capacidad de maniobra gracias a la capacidad de cambiar la forma del ala durante el vuelo. Replicar este tipo de alas mórficas en un prototipo robótico requiere el análisis de nuevas tecnologías de actuación, abordando los problemas de modelado y control que garanticen la aplicabilidad de este actuador compuesto por fibras musculares de SMAs

Dispersión y genes relacionados con la resistencia a insecticidas en Triatoma infestans: su vinculación con el control del vector de la enfermedad de Chagas

Entre las especies transmisoras de la enfermedad de Chagas de mayor importancia a nivel sanitario se destaca Triatoma infestans, considerada el principal vector en América del Sur (entre las latitudes 10° y 46° S). Los programas de control de la transmisión de la enfermedad promueven la eliminación de las poblaciones del vector T. infestans mediante la fumigación con insecticidas en las regiones endémicas. Sin embargo, esta estrategia, presenta dificultades debido en parte a la extensión y variabilidad de las áreas endémicas y por otro lado, al tiempo requerido para prevenir la recuperación de las poblaciones tratadas con insecticidas. La efectividad a largo plazo de las campañas de control es en gran medida dependiente del conocimiento de la estructura de las poblaciones del vector. El análisis de la estructura genética con un enfoque filogeográfico de poblaciones del vector en regiones endémicas de Argentina, mediante secuencias de genes mitocondriales y nucleares descriptas por primera vez para ese fin, permitirá aportar nuevas bases para la comprensión de la dinámica y evolución de las poblaciones del insecto vector y resolver interrogantes sobre procesos como por ejemplo los de dispersión y recolonización de la especie transmisora que afectan en forma directa a la eficiencia de los intentos de control. Los patrones de dispersión de esta especie estarían estrechamente vinculados con la transmisión de la enfermedad de Chagas. Por lo tanto, esta información podría ser de utilidad para la optimización del diseño de las intervenciones de control a implementar en el área endémica que conducirían a una disminución del impacto que esta enfermedad provoca en la población. Por otra parte, se han observado fallas en el control del vector debido a la existencia de resistencia a los insecticidas piretroides. Entre los mecanismos que confieren resistencia a insecticidas se han descripto los que implican cambios en canales de sodio, conocido como resistencia “knockdown” (Kdr), y aquellos que provocan un aumento de la actividad de enzimas responsables de su metabolismo. Con respecto al último mecanismo, las evidencias sugieren que las enzimas mono-oxigenasas citocromo P450 tienen comunmente un rol primario en la resistencia a insecticidas piretroides. Incrementos en la expresión a nivel de la transcripción de genes de citocromos P450 (CYP450) son frecuentemente considerados responsables de aumentar el metabolismo de insecticidas y parece ser un fenómeno común en la evolución del desarrollo de resistencia en insectos. El estudio de la posible relación de genes CYP450, que proponemos caracterizar en T. infestans, con la resistencia a insecticidas podría aportar nuevas bases para el desarrollo del manejo de esa resistencia. Sin embargo, mientras que existen múltiples genes CYP450 en el genoma de insectos, sólo un gen NADPH citocromo P450 reductasa (CPR) existe en el genoma de cada insecto. Por este motivo, se propone también caracterizar en el vector este gen que codifica para una enzima que actúa en la transferencia de electrones desde la forma reducida de NADPH a los citocromos P450, así como investigar el efecto de su silenciamiento en poblaciones de T. infestans resistentes a insecticidas piretroides. Además, con el propósito de analizar si la existencia de resistencia a insecticidas piretroides puede ser el resultado de la acción de los citocromo P450 y/o de otros factores, se investigará en las poblaciones resistentes la posible existencia de una mutación de un gen de canal de sodio relacionada con resistencia a insecticidas (Kdr) que ha sido descripta para T. infestans. Este estudio proveería información de utilidad para el desarrollo de estrategias alternativas de control que serían de suma importancia en regiones en las que las poblaciones de este vector presentan resistencia a los insecticidas y, por lo tanto, tendría claramente implicancias importantes para el manejo de la resistencia en este vector.

Aislamiento, producción y evaluación de la patogenicidad de cepas de Hirsutella citriformis Speare para el control de Diaphorina citri Kuwayama, vector de la enfermedad Huanglongbing de los cítricos

La industria citrícola es una de las más importantes industrias con las que cuenta el país y en los últimos años se encuentra amenazada por una plaga que está ocasionando estragos en todas las áreas citrícolas en México, el Huanglongbing o greening la cual es transmitida por el psílido asiático de los cítricos, Diaphorina citri Kuwayama, insecto que ocasiona daño en las plantas al alimentarse de los brotes tiernos y que además es el vector de la bacteria Candidatus Liberibacter asiaticus para la cual no hay cura y por lo que es necesario controlar al insecto que la transmite. Por lo que el presente trabajo consistió en aislar hongos de D. citri micosados, identificarlos en base a sus características morfométricas y usando técnicas moleculares, cultivarlos en diferentes medios de cultivo comerciales de agar para seleccionar aquel en el cual crecen y conidian mejor, se determinó también el tipo de exudados producidos por Hirsutella citriformis en los medios de agar, se cultivaron en dos diferentes medios de cultivo líquido y un sustrato vegetal para obtener mayor cantidad de conidios; también se realizaron bioensayos de laboratorio para determinar la virulencia de las cepas y seleccionar aquellas que pudieran controlar mejor al insecto; se evaluó la patogenicidad que pudieran presentar sobre insectos depredadores de D. citri, y con los resultados obtenidos se seleccionó las cepas que presentaron mayor patogenicidad sobre el insecto vector del HLB para evaluar su actividad sobre el mismo en bioensayo de campo. Se aislaron cinco cepas de insectos micosados provenientes de diferentes regiones citrícolas, se trabajó con ellos además de tres cepas con las cuales ya contaba el INIFAP de General Terán de Nuevo León. Se identificaron morfométrica y molecularmente como Hirsutella citriformis Speare. Los medio comerciales de cultivo en los cuales crecen y presentan mejor conidiación son los medios agar papa dextrosa enriquecidos con extracto de levadura al 0.5 y 1 % en los cuales se obtuvo un crecimiento radial de 3.2 a 3.8 cm para las cepas IB-Hir-2 e INIFAP-Hir-1 respectivamente, a los 34 días de cultivo a 25 ± 1 °C. La conidiación obtenida para las ocho cepas no correspondió al crecimiento radial, pero si concordó en presentarse en los medios enriquecidos con extracto de levadura, los valores variaron desde 1.22 x 10⁶ a 2.79 x 10⁷ para las cepas 2 INIFAP-Hir-2 en agar papa dextrosa e IB-Hir-2 en agar papa dextrosa con extracto de levadura al 1% respectivamente. En medios líquidos la mayor producción de blastosporas obtenida fue 4.3 x 108 blastosporas /ml a los 9 días en el medio de casaminoácidos para la cepa INIFAP-Hir-1, y en caldo papa dextrosa la mayor producción la presentó a los 11 días la cepa IB-Hir-2 (7.7 x 107 blastosporas/ml). La mayor producción de conidios en el sustrato vegetal (arroz) se obtuvo a los 14 días por la cepa INIFAP-Hir-4 (1.97 x 107 conidios/gr). Se analizaron los dos tipos de exudados observados en las cepas usando los métodos de Bradford para proteínas y el del Fenol Sulfúrico para carbohidratos y con estos métodos se determinó que todas las cepas producen ambos tipos de compuestos, además de que las proteínas son los exudados amarillo claro y oscuro, mientras que los carbohidratos corresponden a las gotas cristalinas producidas por las cepas en los diferentes medios de agar. En los diferentes bioensayos de laboratorio las cepas presentaron mayor mortalidad cuando se inoculó por contacto, donde las cepas INIFAP-Hir-1, INIFAP-Hir-2, IB-Hir-1 e IB-Hir-2 mostraron los mayores porcientos de mortalidad media. Al evaluar la patogenicidad de cuatro cepas sobre dos depredadores de D. citri, los resultados fueron similares para tratamientos y testigo y no se presentó micosamiento en los insectos muertos. Bajo condiciones de laboratorio la CL50 y CL90 obtenidas para el aislado INIFAP-Hir-1 fueron, 34 x 105 y 26.7 x 107 respectivamente. En el bioensayo de campo se usaron las cepas INIFAP.Hir-2, INIFAP.Hir-4, IB-Hir-1 e IB-Hir-2 y el mayor porciento de mortalidad obtenida fue 51.049 y el menor 35.7 para las cepas INIFAP-Hir-4 e IB-Hir-1 respectivamente, mientras que el testigo con adherente mostro 6.059 y en el testigo absoluto 4.84 % de mortalidad promedio. Además logramos aislar la cepa que los micosaba de 20 insectos colectados en diferentes puntos de muestreo, identificando en base a sus características morfológicas de crecimiento colonial a tres de las cepas evaluadas y a la cepa nativa de Martínez de la Torre.

Combinación de diferentes estrategias de aplicación de hongos entomopatógenos para el control de Spodoptera littoralis (Boisduval) (Lepidoptera: Noctuidae) y Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera:Aleyrodidae)

Los ascomicetos mitospóricos entomopatógenos, que actúan por vía tegumentaria, han sido utilizados para el control microbiano de plagas mediante distintas estrategias que permiten el contacto de sus conidios con los insectos diana. Sin embargo, se conocen nuevos aspectos sobre su función ecológica tales como su capacidad secretora de compuestos con actividad insecticida, así como su sorprendente comportamiento como endófitos, que complementan su empleo clásico y que pueden pantag ermitir el desarrollo de nuevas estrategias de control de plagas. El empleo conjunto de estos hongos y sus extractos para el control de un insecto polífago de importancia mundial Spodoptera littoralis (Boisduval) (Lepidoptera: Noctuidae) es abordado en el capítulo II, donde se pone de manifiesto la existencia de variación intra- e interespecífica en la virulencia y estrategias patogénicas de las cepas de Beauveria bassiana y Metarhizium brunneum evaluadas frente a larvas del noctuido. La aplicación conjunta de cepas con distintas estrategias patogénicas junto con sus extractos a larvas del lepidóptero tuvo efecto aditivo, y alguno antagónico, de lo que depende su empleo conjunto. Los capítulos III y IV revelan la existencia de colonización endofítica transitoria tras la aplicación foliar de suspensiones de conidios de cepas de las especies mencionadas en alfalfa, tomate y melón, así como el impacto de esta colonización sobre dos fitófagos con diferentes hábitos de alimentación, uno masticador S. littoralis y otro picador-suctor Bemisia tabaci (Gennadius) (Hemiptera: Aleyrodidae). El capítulo III muestra la contribución aditiva de la mortalidad causada por la alimentación de larvas de S. littoralis a expensas de material vegetal colonizado endofíticamente por cepas de B. bassiana y M. anisopliae con la debida al tratamiento tópico de las mismas con las suspensiones fúngicas. El origen de la mortalidad iniciada a través de la vía digestiva en larvas de este lepidóptero permanece incierto para las cepas de B. bassiana, pero podría estar asociado a la presencia en la planta de metabolitos fúngicos en las cepas de M. brunneum como denota la presencia de destruxina (dtx) A en el 11,0% de los cadáveres. El capítulo IV revela que cepas de ambas especies fúngicas pueden iniciar ciclos de infección en insectos picadores-suctores cuando se alimentan a expensas de sustrato vegetal colonizado endofíticamente, si bien, ambas especies presentan estrategias diferentes. Así, B. bassiana muestra una gran capacidad para colonizar el melón, incluso con efecto traslaminar, que causa la infección de ninfas de B. tabaci por contacto con el tegumento. Sin embargo, la mortalidad de las mismas causada por M. brunneum, de crecimiento mucho más localizado en la hoja, está relacionada una vez mas con la presencia de dtx A en el 43,0% de los cadáveres. Estos resultados deben ser considerados para la evaluación del impacto real de los tratamientos con hongos entomopatógenos, y abren nuevas vías en el control de plagas.

Hongos entomopátogenos para el control de mosca blanca Bemisia tabaci (Gennadius) (Homoptera: Aleyrodidae) en el cultivo de chile dulce (Capsicum annuum L.) bajo condiciones protegidas

El chile dulce (Capsicum annuum L.) es una de las hortalizas que utilizan grandes inversiones en su manejo y producción. En El Salvador, HIDROEXPO, S.A. de C.V es una de las empresas con sistemas de producción hidropónica y de cultivo protegido de chile dulce o pimentón, orientado al mercado internacional. Sin embargo, a pesar de la tecnología empleada y las estructuras de protección, siempre existe la aparición de plagas y enfermedades. La mosca blanca Bemisia tabaci (Genn.), es uno de los principales insectos que ocasiona pérdidas en cultivos hortícolas. El principal problema fitosanitario ocasionado por la Bemisia tabaci (Genn.) se da al servir como vector de geminivirus, los cuales ocasionan pérdidas importantes en la mayoría de cultivos hortícolas y leguminosas. El objetivo de la presente investigación fue evaluar hongos entomopátogenos como alternativa en la reducción de la población de ninfas de Bemisia tabaci (Genn.), para su utilización en programas MIP. La investigación se realizó de agosto 2014 a noviembre 2015. La primera fase fue de laboratorio, realizando la reproducción, pruebas de viabilidad, pureza y agresividad del hongo Beauveria brongniartii. Luego se realizó la fase de campo en instalaciones protegidas brindadas por CENTA donde se montó el área de trabajo con plantas de chile pimentón, evaluando cuatro cepas de hongos entomopátogenos a la concentración de 1x105: Beauveria bassiana, Beauveria brongniartii, Isaria fumorosea y Lecanicillium lecanii, utilizando un diseño completamente al azar (DCA) con cinco repeticiones, tomando como variables la mortalidad mediante un análisis ANVA. En esta prueba Beauveria brongniartii ejerce mejor control sobre ninfas de mosca blanca con una mortalidad promedio de 60%. Se procedió a determinar la CL50 y CL90 de B. brogniartii. Se realizaron bioensayos colocando 20 jaulas clip con 300 moscas cada una, a estas jaulas se le aplicaron cuatro concentraciones de conidios B. brogniartii y un testigo absoluto (agua destilada) a las ninfas de segundo estadio. Las concentraciones evaluadas fueron: 1.0 x 106, 1.0 x 107, 5 x 107 y 1 x 108 conidios por mililitro. La CL50 de la cepa de B. brogniartiise estimó en 5 x 107 conidios por ml y la CL90 en 1 x 108 conidios por ml. Demostrando que los hongos entomopátogenos son una buena alternativa de control biológico contra Bemisia tabaco (Genn.). Palabras clave: Mosca blanca, Bemisia tabaci (Genn.), hongos entomopátogenos, chile dulce, Capsicum annuum, control biológico.

A second order control-volume finite-element least-squares strategy for simulating diffusion in strongly anisotropic media

An unstructured mesh �nite volume discretisation method for simulating di�usion in anisotropic media in two-dimensional space is discussed. This technique is considered as an extension of the fully implicit hybrid control-volume �nite-element method and it retains the local continuity of the ux at the control volume faces. A least squares function recon- struction technique together with a new ux decomposition strategy is used to obtain an accurate ux approximation at the control volume face, ensuring that the overall accuracy of the spatial discretisation maintains second order. This paper highlights that the new technique coincides with the traditional shape function technique when the correction term is neglected and that it signi�cantly increases the accuracy of the previous linear scheme on coarse meshes when applied to media that exhibit very strong to extreme anisotropy ratios. It is concluded that the method can be used on both regular and irregular meshes, and appears independent of the mesh quality.