El Laboratorio de Atrapamiento Óptico y Microscopía, que avanza hacia una nueva identidad como FLAME Cube, incorporó gracias al apoyo de nuestra decanatura, un equipo de alto desempeño destinado a acelerar simulaciones numéricas, reconstrucciones ópticas y modelos de inteligencia artificial aplicados a investigaciones en microscopía y óptica.
Las nuevas líneas de investigación desarrolladas en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Concepción requieren cada vez mayores capacidades de procesamiento y simulación numérica. En respuesta a esta necesidad, el Laboratorio de Atrapamiento Óptico y Microscopía incorporó un nuevo equipo de alto desempeño, destinado a apoyar investigaciones que combinan óptica, microscopía, inteligencia artificial y procesamiento de grandes volúmenes de datos.
El profesor asociado del Departamento de Física, Juan Pablo Staforelli, explica que esta necesidad surge a partir de la evolución de las líneas de investigación del laboratorio. “Nos iniciamos hace varios años con líneas clásicas de óptica, que no tenían una exigencia en costo computacional y simulación numérica en ese entonces. Pero últimamente hemos estado desarrollando trabajos que son exigentes en esos recursos”, señala.
Entre estas nuevas investigaciones se encuentran modelos de clasificación y detección mediante redes neuronales y sistemas automáticos, además de simulaciones numéricas, reconstrucciones ópticas de alto costo computacional y análisis de objetos mediante microscopía y técnicas de reconstrucción holográfica y volumétrica.
Una nueva etapa para el laboratorio
El Laboratorio de Atrapamiento Óptico y Microscopía posee una trayectoria asociada al desarrollo de investigaciones en óptica. Actualmente, el equipo trabaja también en una nueva identidad que busca representar la ampliación de sus líneas de investigación: FLAME ³ acrónimo de fundamental of Light, applied optics and microscale engineering, experiments and explorations.
Esta nueva denominación refleja el trabajo que se desarrolla en torno a técnicas fundamentales de investigación en óptica y luz, junto con aplicaciones ópticas, experimentación y exploración de herramientas vinculadas a la ingeniería de sistemas.
En este contexto, la incorporación del nuevo equipamiento representa una apuesta de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas por fortalecer las capacidades de investigación del laboratorio y, al mismo tiempo, generar una infraestructura que pueda ser aprovechada por estudiantes, investigadores y otros equipos de la Facultad.
Procesamiento para investigaciones complejas
El nuevo equipo AMB GPU cuenta con 16 núcleos de procesamiento y una alta capacidad de memoria RAM, características que permitirán abordar procesos que requieren un importante volumen de cálculo.
Una de sus aplicaciones está relacionada con proyectos de detección y clasificación automática de polen mediante redes neuronales y modelos de inteligencia artificial. También permitirá avanzar en la reconstrucción óptica y volumetría de objetos observados mediante microscopía, entre ellos glóbulos rojos y muestras de polen.
Otra línea de trabajo contempla el desarrollo de simulaciones numéricas de estructuras microscópicas complejas, como los coágulos sanguíneos (clots), cuyo comportamiento dinámico requiere un alto costo computacional.
“Esta herramienta viene a darnos muchas ventajas y a acelerar los tiempos de cómputo”, explica Staforelli.
La disponibilidad de esta capacidad de procesamiento resulta especialmente relevante para investigaciones que requieren trabajar con grandes cantidades de imágenes y datos, así como para entrenar y ejecutar modelos computacionales de mayor complejidad.
De la investigación fundamental a las aplicaciones
Las investigaciones desarrolladas en el laboratorio abarcan tanto investigación fundamental como investigación aplicada. Es precisamente en esta segunda dimensión donde se abren posibilidades de transferencia y vinculación con el medio.
Uno de los proyectos se relaciona con la detección y clasificación automática de polen, trabajo que puede tener aplicaciones en el ámbito apícola. Mediante herramientas de análisis automatizado, se busca contribuir a acelerar procesos de certificación y apoyar la identificación del origen floral de las muestras.
De acuerdo con el académico, estas aplicaciones podrían contribuir a la toma de decisiones en procesos de exportación y a la generación de información asociada a la calidad y autenticidad de la miel.
Otra línea de investigación se desarrolla en colaboración con actores vinculados a la industria vitivinícola y agrícola, y está orientada a la detección y clasificación automática de estructuras asociadas a micorrizas, hongos que establecen relaciones simbióticas con las raíces de las plantas.
Para ello, el equipo trabaja con grandes bases de datos que requieren la digitalización de muestras mediante fotografías de alta resolución. Posteriormente, estas imágenes son procesadas mediante modelos computacionales y redes neuronales.
Ciencia y tecnología al servicio de sectores productivos
El estudio de las interacciones entre raíces y micorrizas tiene aplicaciones potenciales en especies productivas y forestales, tanto comerciales como nativas. Entre ellas se encuentran cultivos como vides, arándanos, frambuesas y cerezos, que pueden beneficiarse de estas relaciones simbióticas.
“Hay una implicación y una conexión directa con los productores”, destaca Staforelli, quien explica que estas investigaciones buscan contribuir al conocimiento y caracterización de las interacciones entre las plantas y los hongos presentes en el suelo.
De esta manera, la nueva capacidad computacional no solo responde a una necesidad interna de los grupos de investigación, sino que también abre oportunidades para avanzar hacia aplicaciones con impacto en ámbitos como la agricultura, la apicultura y otros sectores productivos.
Para el académico, el desafío está en continuar desarrollando estas herramientas y avanzar desde la investigación fundamental hacia soluciones tecnológicas que puedan transferirse al entorno. En ese camino, la incorporación del nuevo equipamiento constituye un paso para fortalecer la investigación interdisciplinaria y las capacidades computacionales disponibles en la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Concepción.