El aire que Panamá le da a la ciencia

Respirar parece tan simple que rara vez pensamos en cómo ocurre. Nuestro cuerpo lo hace de manera automática: el aire entra, los pulmones se inflan y la vida sigue su curso. Pero ¿qué pasa cuando ese proceso falla? Ahí entran los ventiladores mecánicos, máquinas que actúan como pulmones temporales para millones de pacientes en todo el mundo. Detrás de estas máquinas no solo hay tubos y pantallas, sino también ciencia de frontera.

Recientemente publicamos un artículo en la revista PLoS ONE donde se comparan dos formas de enseñar a un ventilador a “pensar” al momento de controlar el aire que llega a los pulmones. La primera estrategia se llama PID, por sus siglas en inglés (Proporcional–Integral–Derivativo).

PID es como un piloto automático clásico. El mismo funciona con reglas matemáticas fijas: mide una diferencia, la corrige y ajusta la válvula que deja pasar el aire. PID es confiable y rápido, pero rígido. Esta estrategia es hoy el estándar en la mayoría de los ventiladores comerciales, probado por décadas y usado en hospitales de todo el mundo.

La segunda estrategia empleada se llama lógica difusa. Aquí la cosa se pone interesante. En lugar de cálculos exactos, la máquina aplica razonamientos similares a los de una persona con experiencia. Por ejemplo, si el aire entra muy rápido y la presión sube, abre un poco menos la válvula. Son reglas que no buscan la perfección matemática, sino la adaptación al momento. Es como tener a un médico invisible dentro del ventilador, tomando decisiones en fracciones de segundo. Explorar esta lógica difusa representa la innovación desarrollada por las jóvenes en un esfuerzo inédito: un intento de que las máquinas respiren de manera más humana y flexible.

El mejor ejemplo que puedo brindar es que las dos formas de control son como lenguajes distintos para comunicarse con una máquina: uno matemático y un poco más rígido mientras que el otro es flexible y cercano a la intuición humana. Ambos son válidos, pero entender sus diferencias nos ayuda a diseñar equipos más seguros y confiables para aplicaciones biomédicas.

Para probar ambas ideas, diseñamos un prototipo de ventilador con componentes accesibles: un microcontrolador, válvulas neumáticas y un simulador de pulmones que imita la resistencia y elasticidad de las vías respiratorias. Luego se midieron cómo respondían los dos sistemas al inflar ese “pulmón artificial”. ¿El resultado? Ambos funcionaron bien, pero de manera diferente.

El PID mostró mayor velocidad ya que en menos de medio segundo alcanzaba el flujo deseado. Sin embargo, la lógica difusa fue más estable y precisa en escenarios complejos, reduciendo errores y ofreciendo un control más confiable. En otras palabras, uno podrá ser rápido, pero el otro es más consistente.

Para comprender mejor haremos un experimento pensado. En un hospital, la diferencia entre velocidad y estabilidad puede significar mayor seguridad para un paciente crítico. Si un ventilador reacciona demasiado agresivo, puede causar daño; si lo hace con suavidad y precisión, el resultado es un soporte más seguro.

El equipo de investigadores está conformado por Lina González e Issa Griffith, ambas estudiantes de ingeniería biomédica (al momento de la redacción de este artículo), junto con los profesores-investigadores Alfredo Lescher, Asdrúal Rojas, Damián Quijano y mi persona. La publicación no es solo un logro académico, sino además una prueba de que la generación del conocimiento científico panameño puede nacer en cualquier rincón del planeta. ¿Por qué importa? Porque la pandemia nos mostró lo frágiles que somos cuando dependemos únicamente de importar tecnología.

Un ventilador no es un lujo, es un salvavidas, y si un país puede diseñar y probar alternativas propias, gana autonomía y puede responder más rápido en momentos de crisis. Para nosotros, investigadores en el Centro de Biotecnología, Energías Verdes y Cambio Climático (Bevcc) de la Universidad Especializada de las Américas (Udelas), popularizar este tipo de hallazgos es vital. No se trata de que todos entendamos las matemáticas detrás de un algoritmo, sino de reconocer que existen distintas formas de enseñar a las máquinas a “razonar”. Ambos tienen valor, pero uno ofrece una flexibilidad que puede marcar la diferencia en un entorno clínico.

El avance también abre puertas a futuro. Si la lógica difusa puede mejorar la ventilación mecánica, ¿qué impide aplicarla a otros dispositivos médicos? Desde bombas de insulina hasta sistemas de monitoreo de oxígeno, la idea de máquinas que “piensan en borroso” podría expandirse a muchas áreas.

El proyecto fue respaldado por la Secretaría Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (Senacyt), a través de sus convocatorias públicas de Nuevos Investigadores e Innovadores. Este apoyo demuestra cómo la inversión pública en ciencia se traduce en resultados tangibles capaces de fortalecer el sistema de salud y al mismo tiempo generan oportunidades para jóvenes talentos. Más allá del logro puntual, el mensaje es claro: Panamá avanza hacia convertirse en un hub de desarrollo tecnológico, capaz de aportar soluciones propias y fortalecer su soberanía científica.

Cada prototipo, cada artículo y cada estudiante que se forma en estos procesos suma a una red de capacidades que crece a gran velocidad. Y ese crecimiento no solo impacta la innovación, sino que también transforma, de manera sutil pero poderosa, la estrategia de educación y su papel en la sociedad