Innovación en software de la Universidad Politécnica de Madrid

  • Software y Apps

Un grupo de investigación de la Universidad Politécnica de Madrid ha desarrollado dos innovadoras herramientas de software que se podrán aplicar en varios campos de la medicina y la investigación de materiales. Su origen está en la investigación sobre el tratamiento contra el cáncer, los metamateriales y la impresión 3D, aunque sus posibilidades son muy amplias y sus creadores las ofrecerán bajo licencia libre para contribuir a la comunidad científica e ingenieril.

El grupo de investigación GAMOSINOS (Grupo Avanzado de MOdelado y SImulación NO-lineal de Sólidos) compuesto por miembros de la Escuela Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), acaba de anunciar la creación de dos potentes herramientas de software. Se trata de dos innovaciones que podrían revolucionar el tratamiento contra el cáncer y la impresión de microestructuras y metamateriales en tres dimensiones en industrias como la aeroespacial.

Estas innovadores aplicaciones son fruto del trabajo de los profesores de la ETSIAE Francisco Javier Montans, Luis Saucedo, José María Benítez, Miguel Ángel Sanz, Ismael Ben-Yelun y Laura Moreno, junto con varios estudiantes de la escuela, que han trabajado en estos campos a través de sus Trabajos Fin de Grado o de sus prácticas curriculares. Se han presentado ante el Registro de la Propiedad de la Comunidad de Madrid a través de la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI) de la IUPM y sus creadores las ofrecerán bajo licencia libre para contribuir a la comunidad científica.

Investigación contra el cáncer

Una de estas herramientas es BIOSS (BIOlogical System Simulator), diseñado para modelar el comportamiento comunitario de las células cancerosas, y sus creadores lo definen como un modelo de agentes capaz de reproducir el comportamiento de un grupo de células de cáncer mediante las decisiones individuales de cada una. Sus creadores explican que “cada célula tiene un pequeño cerebro, regido por un árbol de decisión, que de manera probabilista determina el comportamiento de la célula en función de la información que esta puede obtener en su entorno”.

Estas células son capaces de captar información sobre la cantidad de otras células que la rodean o sobre los nutrientes y oxígeno disponibles que necesitan para sobrevivir. Esto hace que cada célula tenga tres estados: quieta y en posición de reproducirse, otro en el que bajo su criterio puede migrar a otra zona del cuerpo y otro en el que muere cuando se ve privada de los recursos que necesita durante un cierto tiempo.

Gracias a este modelo se puede reproducir el comportamiento comunitario que se produce cuando el cáncer entra en fase de metástasis y determinar el crecimiento tumoral que se podría producir. Y también los comportamientos grupales de migración como el que se denomina efecto flocking, observado en bandadas de pájaros y también en determinados grupos celulares.

Los investigadores de GAMOSINOS afirman que su innovador software puede resultar de gran ayuda para la comunidad científica, ya que permitirá estudiar la reacción de los tumores ante diferentes tratamientos. Luis Salcedo explica que “el modelo forma parte de un proyecto nacional que busca modelar los efectos del glioblastoma multiforme, y actualmente se está trabajando en incorporar el proceso de angiogénesis, que es por el cual crecen vasos sanguíneos en el tumor, así como las implicaciones biomecánicas del tumor, y las fuerzas generadas entre las células y que también influyen en su comportamiento”.

Lo verdaderamente innovador de este trabajo es que se basa en el estudio del comportamiento en base a las decisiones individuales de las células, gracias a un algoritmo de evolución que demuestra cómo las células de cáncer pueden volverse más agresivas después de un tratamiento y, mediante flocking, influir en el comportamiento de otras células cancerosas. Los estudiantes que han participado en esta investigación durante los últimos tres años han sido: Raquel Arroyo, Olatz García, Juan Ramos, Marta Benítez, Luis García, Yago del Barrio, Javier Gómez, María Merino y Pablo Gil”.

Impresión de metamateriales en 3D

El segundo software desarrollado por los investigadores de la UPM es 3DMetMec (Metamaterial slicing engine able to fulfill the mechanical properties and spatial adaptation required by a 3D design). Se trata de una herramienta que permite construir elementos compuestos por microestructuras de propiedades variables mediante impresión 3D. Esto se basa en el concepto de metamateriales, estructuras de barras con unas propiedades y una disposición espacial que permiten alterar la mecánica de la pieza según lo que se determine en el diseño realizado por los ingenieros.

Sus creadores explican que “lo novedoso de este paquete de software es su capacidad de usar un diseño CAD para crear en su interior la microestructura que finalmente se imprimirá en 3D y que podrá hacer realidad los requerimientos ingenieriles de un diseño optimizado, en peso y prestaciones”. Esta herramienta contempla los defectos típicos que se generan en la impresión 3D y el resultado se puede exportar en un formato legible por la impresora 3D y en otro que pueden comprender los programas de cálculo comerciales. Así se puede imprimir el resultado o realizar un ensayo virtual sobre el mismo, algo que puede ser de gran ayuda para los ingenieros que trabajan en el campo de los metamateriales.

Sus aplicaciones pueden ser muy variadas, por ejemplo, en la industria aeroespacial o la biomecánica, donde se está trabajando en el diseño de implantes biomiméticos basados en metamateriales. En el diseño de la implementación y las soluciones geométricas de esta herramienta ha colaborado el alumno Elemer San Miguel, como parte de su TFG. Y en el resto de mejoras del programa, como el módulo de diseño generativo estructural, la adición de nuevos metamateriales, los defectos inherentes a los procesos de impresión 3D y el estudio sobre sus posibles aplicaciones industriales han colaborado durante los últimos tres años los alumnos Gonzalo Vera, Iván Marín, Guillermo González, Hugo García, Miguel González, David Calleja, Rodrigo Montero, Mariano Alarcos, Víctor Riera, Miguel Díaz y Antonio Tabanera.