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El año pasado, Charlene Xia ’17, SM ’20 se encontró en una encrucijada. Estaba completando su Maestría en Artes y Ciencias de los Medios del MIT Media Lab y acababa de presentar solicitudes para programas de doctorado. Todo lo que Xia pudo hacer fue sentarse y esperar. Mientras tanto, redujo sus opciones de carrera, ya sea que la aceptaran o no en un programa.
«Tenía dos pensamientos: o voy a obtener un doctorado para trabajar en un proyecto que protege nuestro planeta, o voy a abrir un restaurante», recuerda Xia.
Xia revisó su vasta colección de libros de cocina, investigando cocinas internacionales mientras esperaba ansiosamente noticias sobre sus solicitudes de posgrado. Incluso miró el costo de una licencia de camión de comida en el área de Boston. Cuando comenzó a hacer planes para abrir un restaurante de kebab a base de plantas, Xia se enteró de que había sido aceptada en el programa de posgrado en ingeniería mecánica del MIT.
Poco después de comenzar sus estudios de doctorado, el asesor de Xia, el profesor David Wallace, se acercó a ella con una interesante oportunidad. MathWorks, una empresa de software conocida por desarrollar la plataforma informática MATLAB, había anunciado un nuevo programa de financiación inicial dentro del departamento de ingeniería mecánica del MIT. El programa ha fomentado proyectos de investigación colaborativa centrados en la salud del planeta.
“Vi esto como una oportunidad súper divertida para combinar mi pasión por la comida, mi experiencia técnica en ingeniería oceánica y mi interés en ayudar a nuestro planeta de una manera sostenible”, dijo Xia.
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De MIT Mechanical Engineering: «Salvar las algas mediante el aprendizaje automático»
Wallace sabía que Xia estaría a la altura de la tarea de adoptar un enfoque interdisciplinario para resolver un problema relacionado con la salud del planeta. “Charlene es una estudiante extraordinaria con un talento extraordinario y un pensamiento profundo. Ella es bastante intrépida, enfrenta desafíos en casi cualquier campo con la creencia bien fundada de que con esfuerzo se convertirá en una maestra ”, dijo Wallace.
Junto a Wallace y la profesora asociada Stefanie Mueller, Xia propuso un proyecto para predecir y prevenir la propagación de enfermedades en la acuicultura. El equipo se centró especialmente en las granjas de algas.
Las algas, que ya son populares en las cocinas del este de Asia, tienen un enorme potencial como fuente de alimento sostenible para la creciente población mundial. Además de su valor nutricional, las algas combaten diversas amenazas ambientales. Ayuda a combatir el cambio climático al absorber el exceso de dióxido de carbono de la atmósfera y también puede absorber la escorrentía de fertilizantes, manteniendo las costas más limpias.
Como ocurre con gran parte de la vida marina, las algas están amenazadas por lo que ayudan a mitigar: el cambio climático. Los factores estresantes climáticos, como las altas temperaturas o la luz solar mínima, fomentan el crecimiento de bacterias dañinas, como la enfermedad del hielo. En cuestión de días, granjas de algas enteras son arrasadas por el crecimiento bacteriano descontrolado.
Para resolver este problema, Xia recurrió a la microbiota presente en estas granjas de algas como un predictor de cualquier amenaza para las algas o el ganado. “Nuestro proyecto es desarrollar un dispositivo de bajo costo que pueda detectar y prevenir enfermedades antes de que afecten a las algas o al ganado mediante el control del microbioma ambiental”, explica Xia.
El equipo combina tecnología antigua con las últimas tecnologías informáticas. Utilizando un microscopio holográfico digital sumergible, toman una imagen 2D. Luego utilizan un sistema de aprendizaje automático llamado red neuronal para convertir la imagen 2D en una representación del microbioma presente en el entorno 3D.
«Con una red de aprendizaje automático, puede tomar una imagen 2D y reconstruirla casi en tiempo real para tener una idea de cómo se ve el microbioma en el espacio 3D», explica Xia.
El software se puede ejecutar en una pequeña Raspberry Pi que se puede conectar al microscopio holográfico. Para comprender cómo comunicar estos datos al equipo de investigación, Xia se basó en la investigación de su maestría.
En este trabajo, bajo la dirección del profesor Allan Adams y el profesor Joseph Paradiso del Media Lab, Xia se centró en el desarrollo de pequeños dispositivos de comunicación submarina capaces de transmitir datos oceánicos a los investigadores. En lugar de los $ 4,000 habituales, estos dispositivos se diseñaron para costar menos de $ 100, lo que ayuda a reducir la barrera de costos para aquellos que desean descubrir los muchos misterios de nuestros océanos. Los dispositivos de comunicación se pueden utilizar para transmitir datos sobre el entorno oceánico a partir de algoritmos de aprendizaje automático.
Al combinar estos dispositivos de comunicación de bajo costo con imágenes microscópicas y aprendizaje automático, Xia espera diseñar un sistema de monitoreo en tiempo real de bajo costo que pueda adaptarse para cubrir granjas de algas enteras.
«Es casi como tener el Internet de las cosas bajo el agua», agrega Xia. «Estoy desarrollando todo este sistema de cámara submarina junto con la comunicación inalámbrica que desarrollé y que puede darme los datos mientras estoy sentado en tierra».
Armados con estos datos del microbioma, Xia y su equipo pueden detectar si una enfermedad está a punto de atacar y poner en peligro a las algas o al ganado antes de que sea demasiado tarde.
Si bien Xia todavía sueña con abrir un restaurante, espera que el proyecto de algas marinas inspire a las personas a reconsiderar cómo ven la producción de alimentos en general.
“Deberíamos pensar en la agricultura y la producción de alimentos en términos del ecosistema en su conjunto”, dice. “Mi meta-meta para este proyecto sería lograr que la gente piense en la producción de alimentos de una manera más holística y natural. «
