- Resumen
- Propuesta
- Instituciones involucradas
- Equipo de investigación
- Resultados esperados
- Equipamiento
- Proyecto vinculado
- Financiamiento
- Impacto
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Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoResumen
Un informe de la FAO sostiene que uno de los mayores retos que enfrenta el mundo en el presente siglo es el de potenciar la investigación y la tecnología vinculada a la producción agrícola. Asimismo, se estima que, hacia el año 2050, la Tierra estará habitada por cerca de 10 mil millones de personas y, en consecuencia, habrá que producir más alimentos. También, será necesario adoptar métodos de producción más eficaces y sostenibles que puedan, por ejemplo, hacer frente a los fenómenos derivados del cambio climático. Ante este escenario, la Dirección Nacional de Investigación y Desarrollo abrió hace tres años una línea investigativa en agroingeniería y agroindustria con el objeto de obtener, precisamente, productos comestibles de mayor calidad. Se trata de un proyecto que ha implicado, con alentadores resultados, el seguimiento de experiencias similares y pruebas de laboratorio que permitieron verificar los alcances de los diferentes estudios propuestos por nuestros docentes investigadores y estudiantes. Sin embargo, el ritmo de la innovación tecnológica es incesante y la creciente complejidad de los trabajos de los investigadores requería de la infraestructura y el equipamiento que les posibilitara proseguir con sus tareas.
Primer Centro Avanzado de Agroingeniería en el Perú
La primera semana se septiembre, el Consejo Nacional de Ciencia Tecnología e Innovación Tecnológica (CONCYEC) comunicó a Universidad Privada del Norte (UPN) que el proyecto denominado Desarrollo de Modelos Predictivos de la Calidad de Alimentos Basados en Tecnología de Imágenes THz había sido seleccionado. El financiamiento que concederá el Fondo Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación Tecnológica (FONDECYT) será de S/. 1,238,598.00, a lo que se añade una contraparte de la UPN que hace un total de S/. 1,616,325.92. Cabe señalar que los trabajos se ejecutarán en un plazo de dos años.
El Centro Avanzado de Agroingeniería de la UPN tendrá como equipo principal a un medidor de terahercios que, mediante una novedosa tecnología de imágenes, permitirá evaluar la calidad de los alimentos. Por su parte, el profesor Oblitas acota que el equipamiento del Centro Avanzado de Agroingeniería permitirá el diseño y desarrollo de prototipos, con los cuales mejorar la capacidad de evaluación de calidad de los productos agrarios.
Tal como manifiestan los responsables del proyecto, este potenciamiento en el campo de la investigación convertirá a la universidad en un foco de desarrollo y transferencia tecnológica. Es pertinente recordar que las regiones del norte del país representan un extenso enclave de cultivos con fines industriales y de exportación, que podrán beneficiarse con los servicios del centro de investigación mencionado. También, en el plano de la investigación, el centro generará un historial positivo en gestión de proyectos de investigación y posibilitará la patentabilidad de procedimientos y prototipos que se deriven de estos trabajos. Por otra parte, facilitará el financiamiento de tesis de estudiantes de pregrado y posgrado con publicaciones del alto impacto. En definitiva, el centro posicionará al Perú como un referente de investigación y tecnología en el Sudamérica y el mundo.
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Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoPropuesta
Objetivo general
Implementación del laboratorio de investigación avanzada en agroingeniería.
Objetivo específico 1
Adquisición del equipo y puesta en marcha.
Descripción
El equipo propuesto permitirá a los investigadores incursionar en el análisis del rango therahertz (THz) del espectro electromagnético, comprendido entre los 100 GHz y 30 THz. Este rango es de alta energía y, a diferencia de las energías usadas comúnmente (UV-VIS-NIR), es capaz de penetrar al interior de los alimentos, lo que lo hace interesante para efectos espectroscópicos. Anteriormente, este rango fue ignorado debido a la baja eficiencia de las fuentes y detectores de energía THz. Posteriormente, el desarrollo de láseres ultrarrápidos permitió el desarrollo de la espectroscopia de dominio THz-time.
La capacidad de las ondas de THz para atravesar una amplia variedad de materiales de envasado, combinada con su capacidad para caracterizar la estructura molecular de muchas sustancias biológicas, la convierte en una atractiva herramienta analítica de procesos para una mejor supervisión de la producción de alimentos. Aunque el potencial de la espectroscopia y la imagen de THz-TDS se han mostrado eficaces para una serie de cuestiones en el control de calidad de los alimentos, es evidente que queda mucho por investigar en esta área, como en el acoplamiento de esta tecnología con herramientas quimiométricas, capaces de aportar en la predicción de compuestos y la clasificación de productos.
La propuesta de equipamiento permitirá cubrir necesidades de acceso a tecnología que no se encuentran disponibles en la región o en el país. Actualmente, no existe en el país una institución pública o privada que cuente con equipos de análisis de imágenes en el rango THz. Si bien algunas universidades han incursionado en el análisis de este rango mediante espectroscopia THz con sondas de análisis puntual y analizadores de señal, su capacidad de análisis se encuentra limitado a regiones puntuales del punto de muestreo.
En tal sentido, esta propuesta brindaría la posibilidad a los investigadores inmersos en el equipo, así como a otros que se irán sumando, de estudiar uno de los métodos no destructivos en alimentos con mayor proyección, por sus ventajas comparativas con métodos con espectroscopia en el infrarrojo cercano, imágenes hiperespectrales, entre otros. Existe complementariedad con otros equipos disponibles en el país o en los laboratorios de las entidades solicitante y asociada.
Esta técnica se basa en el desarrollo de modelos de predicción y clasificación. Por tanto, se hace necesario contar con equipos de referencia basados en técnicas espectrometrías, colorimétricas o similares. En el caso de las universidades que conforman el equipo, se cuenta con este equipamiento, posibilitando el desarrollo y validación de modelos basados en imágenes THz. En el caso específico de la UPN, otros equipos que vienen utilizándose como un dron multiespectral pasará a formar parte del laboratorio, así como el equipamiento de automatización ya existente. El equipo solicitado tiene la capacidad de generar un impacto regional o nacional, debido a que puede cubrir tecnologías de alto costo. El sistema, por las características con las que cuenta, brindará la posibilidad de desarrollar modelos e impulsar la construcción de prototipos basados en estos modelos para la evaluación de la composición y presencia de la contaminación química y biológica en alimentos.
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Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoInstituciones involucradas
Institución responsable del equipamiento
Universidad Privada del Norte S.A.C.
RUC 20536469304
Tipo de entidad Universidad
Régimen Privado
Tipo de organización Sin fines de lucro
Departamento Lima
Provincia Lima
Distrito Santiago de Surco
Dependencias Escuela de Ingeniería Industrial – Sede Cajamarca y Escuela de Ingeniería de Sistemas – Sede Cajamarca
Entidad colaboradora asociada
Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo
RUC 20105685875
Tipo de entidad Universidad
Régimen Público
Departamento Lambayeque
Provincia Lambayeque
Distrito Lambayeque
Universidad Nacional de Moquegua
RUC 20449347448
Tipo de entidad Universidad
Régimen Público
Departamento Moquegua
Provincia Mariscal Nieto
Distrito Moquegua
Universidad Nacional Autónoma de Chota
RUC 20529358220
Tipo de entidad Universidad
Régimen Público
Departamento Cajamarca
Provincia Chota
Distrito Chota
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Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoEquipo de investigación
Investigador principal
Nombres: Wilson Manuel
Apellido paterno: Castro
Apellido materno: Silupu
Grado académico: No precisa
Entidad: Universidad Privada del Norte S.A.C.
Dependencia: Escuela de Ingeniería Industrial – Sede Cajamarca
Coinvestigadores
Nombres: Noemi
Apellido paterno: León
Apellido materno: Roque
Grado académico: Doctorado
Entidad: Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo
Dependencia: Escuela de Ingeniería en Industrias Alimentarias
Nombres: Jimy Frank
Apellido paterno: Oblitas
Apellido materno: Cruz
Grado académico: Magíster
Entidad: Universidad Privada del Norte S.A.C.
Dependencia: Escuela de Ingeniería Industrial – Sede Cajamarca
Nombres: Franz
Apellido paterno: Zirena
Apellido materno: Vilca
Grado académico: Doctorado
Entidad: Universidad Nacional de Moquegua
Dependencia: Escuela de Ingeniería Ambiental
Nombres: Patricia Janet
Apellido paterno: Uceda
Apellido materno: Martos
Grado académico: Magíster
Entidad: Universidad Privada del Norte S.A.C.
Dependencia: Escuela de Ingeniería de Sistemas – Sede Cajamarca
Nombres: Tony Steven
Apellido paterno: Chuquizuta
Apellido materno: Trigoso
Grado académico: Magíster
Entidad: Universidad Nacional Autónoma de Chota
Dependencia: Escuela Profesional de Ingeniería en Industrias Alimentarias
Coordinador administrativo
Nombres: Rocío del Carmen
Apellidos: Quiliano Terreros
Entidad: Universidad Privada del Norte S.A.C.
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Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoResultados esperados
Meta Indicador 3 Investigadores capacitados en el uso del equipo. 1 Proyecto de investigación, desarrollo tecnológico y/o innovación tecnológica adicional al proyecto financiado, que empleen el equipo. 3 Artículos científicos presentados o aceptados para publicación en revistas indizadas. 3 Tesis de pregrado o posgrado presentada que conlleven a la obtención de títulos o grados académicos en universidades peruanas. -
Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoEquipamiento
Equipamiento mayor
Un equipo mayor es un equipo altamente sofisticado de un valor superior a S/. 600,000.00 que, por la relevancia de su uso en la investigación científica, tiene la capacidad de generar impacto regional y/o nacional en relación con la disponibilidad de tecnología. En ese sentido, la adquisición del equipo permitirá cubrir necesidades de acceso a tecnologías de investigación de alto costo que, por una parte, no se encuentran suficientemente desarrollados (por debajo de estándares nacionales); y, por otra parte, aún no se hallan disponibles en la región o el país.
Nombre del equipo mayor
Kit for THz image acquisition
Descripción condiciones técnicas
La industria alimentaria se encuentra sometida cada vez a mayores exigencias relacionadas a la seguridad y calidad de sus productos, propulsando el desarrollo de técnicas que brindan la capacidad de analizar la totalidad de la producción sin destruirla (técnicas no invasivas). Sin embargo, estas tecnologías se limitan al análisis superficial (espectroscopia de infrarrojo cercano, imágenes hiperespectrales, sistemas de visión por computadora, entre otros) o no tienen la adecuada capacidad de discriminación de componentes al interior de los productos (rayos X).
Por otro lado, una tecnología recientemente estudiada, basada en la aplicación de las ondas electromagnéticas en el rango 30 KHz a 20 GHz, ha mostrado capacidad de discriminación de compuestos al interior de productos. Esta técnica requiere del uso de herramientas quimiométricas (análisis de componentes principales, regresión de mínimos cuadrados parciales, redes neuronales, etc.) a fin de implementar modelos capaces de desarrollar imágenes quimiométricas y clasificación debido a la presencia de contaminantes. En este sentido, el procesamiento de la gran información generada en el sistema de adquisición de imágenes THz (big data) requiere de grandes capacidades de cómputo a fin de lograr el desarrollo de los modelos quimiométricos que regirán los procesos de clasificación y predicción de compuestos en alimentos.
Lugar donde se instalará el equipo
Laboratorio de investigación avanzada en agroingeniería de la Universidad Privada del Norte – Sede Cajamarca
Nombre del equipo secundario
Workstation
Descripción condiciones técnicas
El procesamiento de la gran información generada en el sistema de adquisición de imágenes THz (big data) requiere de grandes capacidades de cómputo a fin de lograr el desarrollo de los modelos quimiométricos que regirán los procesos de clasificación y predicción de compuestos en alimentos.
Proyección de uso
Debido a que esta tecnología es reciente, pero los investigadores que forman parte de este proyecto cuentan con una amplia red de colaboraciones, se estima que el equipo se usará al menos diez horas por semana. Tomando en cuenta el periodo de trabajo en una universidad (34 semanas al año), se espera que sea usado por encima de las 300 horas anuales.
Los usuarios serían los siguientes:
- Wilson Manuel Castro Silupu
- Franz Zirena Silva
- Noemi León Roque
- Tony Steven Chuquizuta Trigoso
- Jimy Franck Oblitas Cruz
Asimismo, se espera realizar el 60% del uso por investigadores de la entidad solicitante y el 40 restante por investigadores de las entidades colaboradoras y/o otras que pueden ir acoplándose al proyecto. Para este efecto, se continuarán realizando labores de colaboración con otras universidades y centros de investigación. Asimismo, es necesario entender que, además del uso del equipo para la adquisición de la información, se requiere de un periodo de gabinete para el procesamiento de los datos, lo cual es comúnmente tres veces mayor al tiempo de adquisición.
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Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoProyecto vinculado
Desarrollo de modelos predictivos de la calidad de alimentos basados en tecnología de imágenes THz
Tipo de proyecto: Investigación aplicada
Sectores: Agroindustria y elaboración de alimentos
Tipo de sector: Estratégico
Área de conocimiento OCDE: Ingeniería y tecnología
Sub área de conocimiento OCDE: Otras Ingenierías y tecnologías
Disciplina de conocimiento OCDE: Ingeniería de producción
Departamento: Cajamarca
Provincia: Cajamarca
Distrito: Cajamarca
Descripción
La industria alimentaria se encuentra sometida cada vez a mayores exigencias relacionadas a la seguridad y calidad de sus productos, propulsando el desarrollo de técnicas que brindan la capacidad de analizar la totalidad de la producción sin destruirla (técnicas no invasivas). Sin embargo, estas tecnologías se limitan al análisis superficial (espectroscopia de infrarrojo cercano, imágenes hiperspectrales, sistemas de visión por computadora, entre otros) o no tienen la adecuada capacidad de discriminación de componentes al interior de los productos (rayos X).
Por otro lado, una tecnología recientemente estudiada, basada en la aplicación de las ondas electromagnéticas en el rango 30 KHz a 20 GHz, ha mostrado capacidad de discriminación de compuestos al interior de productos. Esta técnica requiere del uso de herramientas quimiométricas (análisis de componentes principales, regresión de mínimos cuadrados parciales, redes neuronales, etc.) a fin de implementar modelos capaces de desarrollar imágenes quimiométricas y clasificación debido a la presencia de contaminantes.
Por tanto, los objetivos propuestos para este proyecto se describen a continuación:
Objetivo general
Desarrollo de modelos predictivos de la calidad de alimentos basados en tecnología de imágenes THz.
Objetivos específicos
- Determinar la factibilidad del seguimiento del proceso de fermentación de cacao (Theobroma cacao) mediante imágenes THz.
- Determinar la capacidad de identificación de variedades de café durante poscosecha mediante imágenes THz y herramientas quimiométricas.
Evaluar modelos predictivos de contaminación bacteriana en derivados lácteos por imágenes THz. La generación de modelos posibilitará el desarrollo de prototipos industriales capaces de implementarse e industrias alimentarias, favoreciendo, debido a la mayor seguridad de sus productos, el ingreso a los cada vez más exigentes mercados nacionales e internacionales.
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Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoFinanciamiento
N.° Contrato 006-2018-FONDECYT-BM N.° Propuesta 59235 Entidad Aporte no monetario (valorizado) Aporte monetario Aporte total S/ S/ S/ Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo 13,860.00 0.00 13,860.00 Universidad Nacional de Moquegua 13,860.00 0.00 13,860.00 Universidad Nacional Autónoma de Chota 5,400.00 0.00 5,400.00 Universidad Privada del Norte S.A.C. 0.00 344,607.92 344,607.92 FONDECYT 0.0 1,238,598.00 1,238,598.00 Aporte total 33,120.00 1,583,205.92 1,616,325.92 -
Sistema de adquisición de imágenes THz (big data)
Registro: N.° 59235
Proyecto de equipamientoImpacto
La investigación a desarrollarse, con base en el equipamiento solicitado, permitirá el desarrollo de sistemas de determinación de la calidad no invasiva en alimentos.
A partir de estos modelos y el posterior desarrollo de prototipos, basados en la tecnología de imágenes THz, los productores agroalimentarios podrán realizar el análisis de la totalidad de su producción y no análisis muéstrales cuya posibilidad de fallo es una realidad estadística.
Debido a que esta tecnología puede aplicarse a una gran variedad de alimentos, su rango de aplicaciones aún no se ha determinado. Estimando, se podrá utilizar en alimentos tanto frescos como envasados. En tal sentido, el desarrollo de esta investigación será de utilidad a múltiples industrias del sector agroalimentario.