Algoritmos y ciencia de datos
Algoritmos y ciencia de datos.
El área de algoritmos y ciencia de datos se divide en forma natural en dos sub-áreas:
Algoritmos. Se diseñan y analizan algoritmos centralizados, paralelos y distribuidos en diversos contextos, algoritmos para uso óptimo de recursos en ambientes estáticos y dinámicos en computación, manufactura, logística y telecomunicaciones, análisis y diseño de algoritmos para problemas de optimización combinatoria de la clase NP-difícil mono y multi-objetivo. El enfoque en esta sub-área es tanto teórico como experimental y se analizan y diseñan algoritmos exactos, de aproximación, así como heurísticas basadas en inteligencia computacional.
Ciencia de datos. Se realiza investigación en métodos de acceso a grandes volúmenes de datos en formatos estructurados, no estructurados y multimedia. El énfasis principal es en la consulta por contenido, con aplicaciones en base de datos de texto, sonidos, videos, imágenes o huellas digitales, entre otras. Con aplicaciones a la publicidad dirigida, genómica, transcriptómica y proteómica, geofísica, oceanografía, astronomía, toma de decisiones y robótica, entre otros.
La rápida evolución de los sistemas de comunicaciones y de aplicaciones emergentes, como el Internet de las cosas (IOT), redes vehiculares, sistemas de inteligencia artificial, entre otros, aunados al rápido desarrollo de nuevos estándares y protocolos de comunicaciones de RF/microondas, encuentra la necesidad de diseño de componentes y sistemas cada vez más robustos y eficientes. Por estas razones, se vuelven necesarios la investigación y el desarrollo en el área de RF y microondas.
Aspectos teóricos de la dinámica de fluidos geofísicos y procesos turbulentos
Esta línea constituye la base teórica de la oceanografía física y la dinámica atmosférica. Los fluidos geofísicos se caracterizan por ser afectados significativamente por la rotación de la Tierra y por la estratificación del medio. La dinámica de fluidos geofísicos se estudia desde varias perspectivas. La modelación teórica, que consiste en entender y desarrollar aspectos fundamentales de las ecuaciones que gobiernan la evolución de los fluidos (movimiento, energía, continuidad, entre otras), así como propiedades de estabilidad, no linealidad, turbulencia a diferentes escalas, modelos estocásticos y sistemas dinámicos. La modelación numérica, en la cual se resuelven las ecuaciones de diversos modelos mediante algoritmos computacionales que permiten analizar la compleja evolución de fenómenos oceanográficos o atmosféricos. La modelación experimental, que se realiza mediante experimentos de laboratorio proporciona evidencia empírica sobre procesos básicos en fluidos, enfocados principalmente a fluidos en rotación o estratificados.
En el CICESE las áreas de investigación se han diversificado en los últimos años y, en particular, se ha incrementado notablemente la actividad en las ciencias biológicas. Nuestro posgrado abarca varios temas de investigación en biofotónica tales como el desarrollo de técnicas modernas de microscopía láser, la microfluídica, el procesamiento de materiales biológicos con pulsos láser ultracortos y el procesamiento de imágenes biológicas con diversas técnicas computacionales y ópticas.
Biología computacional y computación biológica
El objetivo del área es ayudar al mejor entendimiento de fenómenos biológicos, así como al descubrimiento de moléculas con potencial farmacológico y de diagnóstico. Se diseñan algoritmos de inteligencia artificial para el análisis de datos provenientes de experimentos de frontera en biología molecular (secuenciación masiva de ADN, secuenciación de proteínas, entre otros), y para la predicción de estructuras de ARN y proteínas, así como la predicción y el diseño de funciones de proteínas y moléculas pequeñas a partir de su secuencia y estructura. Se estudian y desarrollan autómatas moleculares para el diagnóstico y solución de mutaciones a nivel de genes, así como el diseño de circuitos lógicos moleculares. Se estudia el desarrollo y posibles aplicaciones de diferentes modelos de computación celular.
Biomedicina y Bionanotecnología
Esta LGAC se centra en la investigación básica y aplicada de enfermedades crónico-degenerativas y neurodegenerativas con mayor prevalencia e incidencia en la población nacional, incluyendo el cáncer, la
osteoporosis, las enfermedades que afectan al sistema cardiovascular, renal y nervioso. Estos temas son investigados utilizando tecnología de última generación con aproximaciones y técnicas novedosas, tales como
las ciencias ómicas y la nanotecnología. La búsqueda y el desarrollo de nuevos y mejores tratamientos a través de la exploración de nuevos blancos terapéuticos y nuevas moléculas, son actividades prioritarias de
esta línea de investigación.
La Bionanotecnología es un área novedosa y de muy rápido avance en el mundo con grandes oportunidades científicas y tecnológicas, que utiliza las herramientas y procesos de nano- y micro-fabricación aunados a sistemas bioquímicos y biológicos para construir dispositivos que se aplican a la solución de problemas tecnológicos. Esta área se caracteriza por ser de naturaleza interdisciplinaria entre biólogos, químicos, físicos e ingenieros.
Sus objetivos principales consisten en estudiar la combinación de las propiedades de los sistemas biológicos y de los materiales a escala nanométrica para convertir y transportar la energía, sintetizar compuestos orgánicos específicos, sintetizar macromoléculas, almacenar información, reconocer, detectar o señalizar, autoensamblar y reproducir.
Asimismo generar conocimiento, tecnología y recursos humanos en los campos de conocimiento de nanobiocatálisis, nanomedicina, biomateriales nanoestructurados y fábricas celulares.
Biotecnología y Genómica de Organismos Acuáticos
Los proyectos desarrollados en esta LGAC se basan principalmente en el uso de herramientas y técnicas de última generación enfocadas en diferentes áreas de aplicación. A través de la caracterización molecular y
de la identificación filogenética, se realiza la bioprospección y el estudio de la biodiversidad de organismos acuáticos; se investigan los mecanismos moleculares de la expresión genética, y se desarrollan
microorganismos recombinantes sobreproductores de metabolitos bioactivos, fundamentales para la obtención de compuestos de alto valor agregado de importancia biotecnología e industrial.
Circulación y dinámica de las zonas costeras, mares y océanos
Esta línea contiene tres áreas:
(1) Zonas costeras. En esta línea se estudian fenómenos que ocurren en los primeros 50 km de la franja costera. Aquí la circulación es forzada por el viento, la marea, procesos de mesoescala y remotos de gran escala incluyendo ondas atrapadas a la costa. Para ello se utilizan observaciones, altimetría satelital costera y otros sensores remotos, fotografía aérea de baja altura, y modelación numérica y teórica en el estudio de la circulación.
(2) Mares y océanos. En esta línea de investigación se combinan mediciones, modelación numérica y asimilación de datos para estudiar la circulación y otros aspectos físicos y biogeoquímicos de los mares y océanos que rodean a México. Además de las plataformas tradicionales de observación, se utilizan técnicas modernas y autónomas de muestreo como los satélites, drones y planeadores submarinos. Se usan modelos numéricos físicos y biogeoquímicos a escalas local, regional y de gran escala para estudiar la dinámica de diversos fenómenos como mareas, corrientes, ondas, remolinos, turbulencia, frentes, interacciones físico-biológicas y la circulación general. Esta línea contribuye a estudios emergentes como los escenarios ante derrames de hidrocarburos y el arribazón masivo de sargazo y sus impactos.
(3) Interacción océano-atmósfera, oleaje y tsunamis. En esta área se estudian temas de la interacción océano-atmósfera, incluyendo la dinámica de la capa superficial del océano y del oleaje. En particular se describen las interacciones viento-olas-corrientes y los flujos de momento, calor, CO2, humedad y sal entre el océano y la atmósfera. El oleaje tiene relevancia sobre todo por sus efectos en la infraestructura costera y el intercambio océano-atmósfera. Su predicción constituye una herramienta fundamental para múltiples actividades antropogénicas y para los escenarios de cambio climático. También se estudian los tsunamis (comúnmente generados por terremotos), que son las ondas más destructivas de la naturaleza. La investigación de los tsunamis es de particular importancia para determinar la vulnerabilidad de las costas de diferentes regiones del mundo expuestas a estos eventos.
Dinámica de la atmósfera, variabilidad del clima y cambio climático
En esta línea se estudian las bases físicas de la dinámica de la atmósfera en diferentes escalas de tiempo y espacio. También se estudia la variabilidad y predicción del estado del tiempo y el clima presente y bajo condiciones de escenarios de cambio climático; así como las causas y el impacto de diferentes procesos y fenómenos físicos que afectan a México y a otras regiones del mundo, como ciclones tropicales, monzones, brisas, sequías, ondas de calor, corrientes de chorro, frentes fríos, Nortes, eventos extremos y diversas teleconexiones como El Niño Oscilación del Sur. Para su estudio se utilizan métodos estadísticos y modelos regionales y globales del tiempo y el clima con múltiples bases datos de observacionales y reanálisis.
Dinámica y vulnerabilidad de la Biota y Ecosistemas
En esta línea se desarrolla conocimiento ecológico y evolutivo, básico y aplicado, para el manejo, la restauración, la conservación y el
aprovechamiento de los recursos naturales. Para este fin, se evalúan diferentes organismos, ambientes y niveles de organización biológica por medio de estudios genéticos, fisiológicos, demográficos y ecosistémicos.
Asimismo, se realizan estudios sobre la estructura y la función de las comunidades vegetales y animales, su relación con las actividades humanas y los efectos del cambio global sobre su distribución y
abundancia.
En el contexto energético actual, uno de los principales retos radica en satisfacer las necesidades actuales sin comprometer la disponibilidad de recursos naturales para futuras generaciones, en ese sentido, la investigación científica y el desarrollo tecnológico en fuentes renovables de energía se vislumbran como alternativas que pueden contribuir de forma muy importante a la solución de este problema. La LGAC en Energías Renovables tiene como objetivo formar recursos humanos de alto nivel capaces de proponer soluciones innovadoras en temas de almacenamiento de energía, ahorro y uso eficiente de energía en edificios, generación de calor de procesos a partir de energía solar, desalación de agua de mar utilizando fuentes renovables como la solar, eólica, geotérmica y producción de biocombustibles, entre otros.
Energías renovables marinas y atmosféricas
El objetivo de esta línea es entender los procesos físicos asociados a las energías renovables del mar y la atmósfera (viento, oleaje, mareas y corrientes) que ayuden a disminuir las emisiones de los gases de efecto invernadero. También se desarrollan tecnología (prototipos) y modelos experimentales y numéricos para la generación de estas energías. Se consideran los aspectos ambientales y las ventajas y desventajas de cada tipo de energía.
Esparcimiento de Luz y Plasmónica
Los temas de esta LGAC incluyen el estudio de superficies rugosas, la percepción remota, las pruebas ópticas no destructivas, las nanopartículas, las nanoantenas, los metamateriales, las resonancias plasmónicas, los plasmones polaritones de superficie, los circuitos plasmónicos y los biosensores.
El Departamento inició trabajos en esta área con el desarrollo de la tecnología de fabricación y la investigación relacionada con las guías de onda, así como la investigación en el campo de la metrología, los láseres y los sensores de fibra óptica.
Actualmente se estudia la óptica no lineal en fibras, en las aplicaciones de fibras en óptica cuántica y en las guías en materiales nanoestructurados y en diversos aspectos asociados a la plasmónica.
Física de Nanoestructuras y Materiales Avanzados
El gran interés por reducir el tamaño de los dispositivos en la microelectrónica y la necesidad de entender y aprovechar las propiedades novedosas que surgen a escalas nanométricas, exige estudiar la física de nanoestructuras en todas sus vertientes. Experimentalmente se consigue producir nanoestructuras de cero, una, dos y tres dimensiones sobre estructuras sencillas y complejas por diferentes métodos. Por ejemplo, métodos físicos (litografía, PLD, etc.) así como métodos químicos (sol-gel, hidrotermal, etc.) son empleados en nuestros laboratorios para estudiar nonoestructuras desde 0 hasta 3 dimensiones. Diferentes microscopías y espectroscopías así como laboratorios equipados para la síntesis y caracterización de nanomateriales constituyen la infraestructura existente en ambas instituciones. Teóricamente se estudian propiedades estructurales, electrónicas, magnéticas, ópticas, plasmónicas y, de transporte de carga y de espín, usando diferentes métodos analíticos y numéricos. Los mecanismos novedosos que surgen cuando se estudia las propiedades de transporte electrónico en la escala nanométrica es conocimiento nuevo y exige capacitar a nuestros estudiantes con la finalidad de lograr insertar recursos humanos altamente especializados en campos emergentes como nanoelectrónica, nanofotónica, nano-catálisis, recubrimientos duros, luminiscencia,celdas de combustible, ferroelectricidad, entre otros. Por otro lado esta LGAC permite coadyuvar y capacitar a los estudiantes con conocimiento teórico ¿ experimental en actividades interdiciplinarias en campos emergentes como la nanobiotecnología y la nanomedicina.
Fisicoquímica de Nanomateriales y Nanocatálisis
El principal objetivo es la aplicación del conocimiento científico para la elaboración e investigación de materiales novedosos con potencial aplicación tecnológica. Para cumplir estas tareas, es necesario realizar la síntesis de estructuras jerárquicas y estructuradas, como nanopartículas de metales de transición o semiconductores que pueden ser soportados en la superficie o dentro del volumen de una matriz.
Se lleva a cabo la adaptación de la composición y la estructura de las nanopartículas, y al mismo tiempo se ajustan los parámetros de la síntesis de los soportes, lo cual permite controlar las propiedades del material sintetizado en la manera más efectiva, incluyendo la exploración de efectos sinérgicos.
En particular, se realizan estudios teóricos y experimentales de las propiedades de los materiales preparados, los cuales contienen cúmulos de metales nobles y metales de transición, catalizadores, nanoreactores, etc. Asimismo, se investigan propiedades de sulfuros de metales de transición nanométricos para reacciones de hidroprocesamiento de petróleo. También, se realiza el diseño de procesos novedosos en biocatálisis y biotecnología; se desarrollan sistemas basados en zeolitas, materiales mesoporosos con distribución de porosidad controlada, dendrímeros, nanogeles y nanopartículas poliméricas para transporte y liberación de fármacos.
La formación de investigadores especializados en Geociencias Ambientales es pertinente y se justifica por la necesidad de estudiar mediante el uso de herramientas de sismología, geofísica y geología, los procesos naturales y antropogénicos que afectan al medio ambiente, con el propósito de proponer medidas que contribuyan a evitar el deterioro de éste y al uso sustentable de los recursos naturales.
La formación de investigadores especializados en geofísica aplicada es pertienente y se justifica por la necesidad de desarrollar tecnologías de vanguardia para la interpretación de datos geofísicos, que permitan caracterizar las propiedades físicas y la estructura geológica del subsuelo, para discernir la ubicación de recursos energéticos como geotérmia e hidrocarburos, yacimientos minerales y aguas subterráneas, entre otros.
A fin de entender la evolución geológica en el pasado y presente de nuestro planeta, es necesario estudiar, en tiempo y espacio, los procesos geológicos que ocurren en nuestro entorno. Este conocimiento permitirá prevenir a la población sobre riesgos y entender los ambientes de formación que dan lugar a recursos de importancia económica, como son los minerales, los energéticos y recursos hídricos los cuales están ligados al desarrollo económica nacional.
Instrumentación y Control
La justificación de la orientación de Instrumentación y Control en el PPEyT, se basa en el hecho que el país y en particular, la región reclaman de profesionales altamente calificados en los sistemas automáticos que satisfagan las necesidades y requerimientos del control automático y su instrumentación acordes a las exigencias modernas. En consecuencia, el PPEyT a través de esta orientación, tiene como objetivo la formación de recursos humanos de alto nivel.
En el programa se estudian láseres de diversos tipos: láseres de fibra, láseres continuos, láseres de pulsos cortos y pulsos ultracortos, láseres con cavidades no convencionales (láseres aleatorios) y fuentes de luz coherente, como los generadores y osciladores ópticos paramétricos. También se estudian las propiedades cuánticas de la luz láser y su propagación en medios diversos. Asimismo, se estudia el uso de láseres en aplicaciones como pinzas ópticas, sensores de presión y temperatura.
Microbiología celular, molecular y aplicada
Las actividades de esta LGAC se enfocan en la investigación básica y aplicada de microorganismos relacionados con enfermedades en plantas y humanos, así como aquellos con potencial biotecnológico. En ella se
estudian las bases celulares y moleculares del desarrollo de microorganismos, principalmente bacterias, hongos y virus. Esta LGAC utiliza un enfoque multidisciplinario que incluye bioinformática, diseño y
construcción de proteínas quiméricas, genética clásica, proteómica y transcriptómica, así como microscopía óptica y electrónica en combinación con análisis de imágenes.
La Nanofotónica es la ciencia que se ocupa del estudio teórico y experimental de las interacciones entre la materia y la luz en la escala nanométrica, así como de la fabricación de material nanoestructurado, modificado de forma natural o artificial, en sus propiedades físicas, químicas o de estructura para explorar y aumentar las reacciones a esta escala cuando interactúa con la luz. Esta línea de generación de conocimiento pretende coadyuvar en la formación de estudiantes que sean capaces de realizar investigación independiente sobre nanociencias orientada a problemas de nanofotónica relevantes, haciendo uso de los recursos e infraestructura disponible en CICESE, CNyN e instituciones afines.
Nutrición, Ecofisiología y Patología
Estudia los requerimientos nutricionales, ecofisiológicos y patológicos de los organismos acuáticos para garantizar su producción sustentable, saludable e inocua. Estos aspectos son fundamentales para el desarrollo acuícola del país. Utiliza tecnologías avanzadas de análisis bioquímicos, moleculares y genéticos, entre otros.
Oceanografía Biológica y Pesquera
El área de óptica cuántica comprende, entre otros, a los fundamentos de la mecánica cuántica, las fuentes de luz con propiedades no clásicas (estados de Fock y estados comprimidos), la teoría de detección de fotones, la electrodinámica cuántica en cavidades, los átomos fríos, la computación y las comunicaciones cuánticas. El Departamento cuenta con dos grupos de investigación experimentales, enfocados principalmente al estudio de fuentes de luz no clásica, sus propiedades y sus aplicaciones.
La óptica no lineal que se estudia en esta LGAC incluye la generación de segundo armónico por materiales nanoestructurados o por superficies, la generación de parejas de fotones correlacionados, la generación de fuentes coherentes a nuevas frecuencias, la implementación de técnicas novedosas en microscopía y el desarrollo de dispositivos de conmutación óptica de información.
Procesos Biogeoquímicos y Cambio Global
Reproducción, Genética y Sistemas Acuícolas
Estudia los procesos reproductivos y genéticos para incrementar la producción y conservación de organismos acuáticos, que sumado al desarrrollo de sistemas acuícolas aseguran la sustentabilidad, sanidad e inocuidad de la producción de alimentos de alta calidad. Utiliza tecnologías avanzadas de análisis bioquímicos, moleculares y genéticos, entre otros.
En países como México, gran parte de cuyo territorio está localizado en fronteras activas entre placas tectónicas, la ocurrencia de sismos es un fenómeno permanente y los grandes sismos causan pérdidas humanas y materiales que pueden ser muy considerables, por lo que el peligro y el riesgo sísmicos son altos en nuestro país. La Sismología pretende contribuir al conocimiento de los procesos sísmicos y de sus efectos, así como a la evaluación del peligro y el riesgo asociado.
Sistemas inteligentes interactivos y distribuidos
Avances recientes en inteligencia artificial, sistemas distribuidos e interacción humano-computadora están creando un nuevo ecosistema de cómputo dando lugar a nuevas aplicaciones de cómputo con impacto en casi todas las actividades humanas. Las tendencias en estas áreas incluyen el análisis y uso de grandes cantidades de información que se generan a partir de la interacción natural diaria con nuevos dispositivos de cómputo (móviles, vestibles y ambientales) y con el contenido generado a través de diferentes plataformas disponibles en la nube y potenciadas por el Internet de la Cosas. En esta línea de investigación se abordan problemas asociados al desarrollo de sistemas de cómputo móviles y ubicuos, tales como la inferencia y sensado de información de contexto; interfaces naturales y nuevos modelos de interacción; comunicación entre redes de sensores; e interacción entre dispositivos heterogéneos, así como entre medios físicos y digitales. La investigación en esta área involucra avances en áreas de la computación que incluyen Interacción Humano-Computadora, Sistemas Distribuidos, Redes de Datos, Cómputo en la Nube, Balanceo de Cargas, Interacción Humano-Robot, Reconocimiento de Patrones e Inteligencia Artificial. Se realizan evaluaciones de usabilidad, experiencia de uso y adopción de tecnologías interactivas, tanto en laboratorio, como en campo, y se proponen nuevos métodos de evaluación. Se realizan estudios etnográficos y de procesos para detectar oportunidades de desarrollo de nuevas tecnologías y entender su uso. La investigación se centra principalmente en aplicaciones en salud, educación y dinámicas urbanas con un enfoque centrado en el usuario. Los trabajos que se desarrollan en esta línea involucran colaboraciones con varios sectores sociales, notablemente asociados a la salud.
Los grandes avances que se han producido en las Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TICs) incluyen los sistemas y redes de telecomunicaciones, capaces de ofrecer una gran variedad de servicios telemáticos en diversos lugares y en todo momento. Estas tecnologías constituyen verdaderos soportes sobre los cuales se transportan tanto la información personal como académica, comercial, industrial y científica, con su respectivo impacto social y económico.
Uso y Conservación de Recursos Marinos
Visión, Imágenes y Robótica
Dentro del área de Visión e Imágenes, se incluye trabajo que actualmente se realiza en el departamento en: reconocimiento de patrones, procesamiento de señales e imágenes, aprendizaje de máquina, visión por computadora, visión de robots, computación evolutiva y agentes inteligentes. En fotogrametría y teledetección se realiza investigación sobre técnicas de extracción de información a partir de imágenes multiespectrales, así como fusión de datos empleando imagen térmica y nubes de puntos fotogramétricos de muy alta densidad. Además, se trabaja en el desarrollo de metodologías para el uso sinérgico de imagen de satélite con fotografía aérea adquirida mediante aviones y drones. Esta línea se apoya fuertemente en el análisis de imágenes, reconocimiento de patrones y aprendizaje de máquina, con cursos orientados a ofrecer las bases teóricas y prácticas. Con campos de aplicación en ciencias de la Tierra y de la Vida, en particular el sensado remoto de la vegetación.
