El desafío actual en el campo de las matemáticas: expandir la interacción con el sector productivo

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Agência FAPESP* –Por Elton Alisson, desde Río de Janeiro  |  Agência FAPESP – La producción científica brasileña en el campo de las matemáticas adquirió proyección mundial con la obtención de la medalla Fields por Artur Ávila, en el año 2014. Se trata de la más prestigiosa distinción en el área. En 2018, Brasil ingresó al grupo de élite de la Unión Matemática Internacional (IME), junto a las otras 10 naciones más avanzadas del sector.

El impacto científico de las investigaciones realizadas en el Instituto de Matemática Pura y Aplicada (Impa), por ejemplo, supera actualmente al de las universidades Harvard, de Stanford y de Berkeley, en Estados Unidos, y la institución constituye el mayor centro de formación de magísteres y doctores en matemática de Brasil, de acuerdo con Marcelo Viana, director general de la misma.

Brasil ahora necesita que el sector productivo incorpore el conocimiento que se genera en distintas instituciones de investigación, con el objetivo de generar nuevos negocios e innovaciones en productos, procesos y servicios, aparte de empleos calificados.

Este análisis estuvo a cargo de los participantes en el “Primer Workshop Matemática e Industria”, realizado durante los días 13 y 14 de febrero en el Instituto de Matemática Pura y Aplicada (Impa), en Río de Janeiro, que tuvo como objetivo presentar a las empresas las oportunidades y soluciones que ofrece la investigación académica.

Este evento fue una iniciativa del Impa en asociación con el Centro de Ciencias Matemáticas Aplicadas a la Industria (CeMEAI), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) apoyado por la FAPESP. Participaron investigadores de Petrobras, Equinor, McKinsey, Stone, Hotel Urbano, Via Varejo, Bayer, Shell y Repsol, entre otras.

A juicio de Viana, Brasil tiene un gran potencial para aprovechar de los beneficios que la matemática puede aportar a la economía, toda vez que posee excelentes instituciones de investigación en el área.

“Brasil dispone de excelentes instituciones y experiencia en el campo de la matemática para plasmar ese potencial. Y dos de esas instituciones están representadas en ese evento, que son el Impa y el CeMEAI”, sostuvo. 

Uno de los egresados del Impa es Artur Ávila, quien hizo su doctorado allí y actualmente integra la plantilla docente de la institución.

“Preferimos que nuestros egresados permanezcan en Brasil, pero somos una institución que exporta doctores a diversos países”, afirmó Viana.

Una de las contribuciones que los matemáticos graduados en las instituciones brasileñas han brindado a las empresas reside en realizar pronósticos sobre el comportamiento de estructuras tales como edificaciones, o del transporte de petróleo en un campo de exploración a partir de la descripción de fenómenos físicos, una práctica conocida como modelado matemático.

Más recientemente, mediante la combinación de la estadística con la computación de alto rendimiento, los matemáticos también han contribuido para prever procesos que no poseen descripción física.

“La ola de inteligencia artificial que vivimos ahora solamente fue posible en función de la interacción entre la computación, la matemática y la estadística”, sostuvo José Alberto Cuminato, director del CeMEAI.

La interacción entre la universidad y el sector productivo solamente será posible en caso de abarcar a esas tres áreas, sostuvo Cuminato.

“Por eso el nombre del CeMEAI hace referencia a las ciencias matemáticas, y no simplemente a la matemática”, añadió.

Matemática y negocios

El CeMEAI, inaugurado en 2011, en el Instituto de Ciencias Matemáticas y de Computación de la Universidad de São Paulo (ICMC-USP), en su campus de la localidad de São Carlos, fue pionero en Brasil en el estímulo a la interacción entre las ciencias matemáticas y el sector industrial.

Algunas de las inspiraciones del centro fueron el University Consortium for Industrial Numerical Analysis, de la Universidad de Oxford, en Inglaterra, fundado en la década de 1980 y que actualmente se llama Knowledge Transfer Network (KTN), que Cuminato conoció durante su doctorado en la institución, y el Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics, en la Alemania.

“Fuimos los primeros en referirnos a las ciencias matemáticas como negocio en Brasil, en un momento en el cual eso sonaba como una mala palabra”, comentó Cuminato. “Aprendimos en el transcurso de los años que este es un nicho sumamente importante que los matemáticos deben explotar.”

Los investigadores del centro han venido realizando durante los últimos nueve años proyectos con pequeñas, medianas y grandes empresas de diversos sectores, tales como el financiero, el de la salud, el textil, el avícola, el aeronáutico y el de petróleo y gas. En la actualidad, la principal colaboración del centro se lleva adelante con Petrobras.

“Nuestra meta apunta a depender cada vez menos de los recursos públicos. Llevamos adelante dos grandes proyectos en asociación con Petrobras, que nos aportaron recursos equivalentes a los que invirtió la FAPESP en el centro”, afirmó Cuminato.

Uno de los proyectos se destina a incrementar la confiabilidad de las válvulas de seguridad de subsuperficie (DHSV, por sus siglas en inglés). Dichas válvulas, componentes críticos de los pozos de petróleo, aumentan la seguridad operativa en la explotación del combustible, al evitar erupciones o flujos descontrolados desde el pozo, que pueden desbordarse e ir a parar al medio ambiente.

Estos artefactos, que se controlan desde la superficie, en la plataforma de petróleo, exhiben un alto índice de desperfectos. “El objetivo del proyecto consiste en investigar el origen de las fallas en estos componentes, de manera tal de ayudar a los proveedores a mejorar sus productos”, explicó Francisco Louzada Neto, coordinador de transferencia tecnológica del CeMEAI.

El otro proyecto desarrollado en colaboración con Petrobras se enfoca en la planificación de la operación, la simulación de pruebas y la garantía de la confiabilidad de Annelida, un robot con un formato similar al de un ciempiés cuya función consistirá en desobstruir oleoductos.

La idea es que, al detectar la obstrucción de una cañería con hidratos o parafina, por ejemplo, el robot efectúe la remoción mediante una reacción controlada de calentamiento.

“En síntesis, nuestro objetivo consiste en brindarles soporte matemático y estadístico a los equipos de desarrollo del robot, mediante mediciones tendientes a asegurar su confiabilidad”, explicó Louzada.

La unión de esfuerzos

La colaboración con científicos del CeMEAI y de otras universidades e institutos de investigación en matemática de Brasil le ha permitido a Petrobras disminuir costos y expandir la adquisición de datos con confiabilidad mediante modelado, afirmó Danilo Colombo, del Centro de Investigación y Desarrollo Leopoldo Américo Miguez de Mello (Cenpes) de Petrobras.

“La interacción con la academia nos permite mantener contacto con grupos con abordajes multidisciplinarios y enfoque en el análisis de datos, que permiten extraer los mejores resultados de las pruebas de simulación de equipamientos de perforación y completamiento de pozos [la preparación para la producción], que son sumamente caros y no pueden tener errores”, dijo Colombo.

Los aportes en proyectos de investigación colaborativos con universidades por parte de la empresa y de otras industrias petrolíferas en Brasil transcurren en el marco de la denominada “Cláusula de I&D”, una política sectorial que destina entre el 0,5% y el 1% de la facturación bruta de la producción brasileña de petróleo a la investigación y la innovación.

La Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP) se encarga del control de las inversiones.

“Estos recursos, que no son públicos, sino que los invierten directamente las empresas sin pasar por el Tesoro Nacional, han aumentado más de 20 veces en comparación con el monto disponible en el año en que se creó la cláusula, en 1997”, dijo Alfredo Renault, superintendente de investigación y desarrollo tecnológico de la ANP.

“Existe un enorme potencial para la ampliación de esta colaboración entre universidades e institutos de investigación y el sector de petróleo en investigaciones relacionadas fundamentalmente con la disminución de costos y con el aumento de la seguridad operativa. La selección de los proyectos pasa por el tamiz de la aplicabilidad”, afirmó Renault.

Un granero de talentos

Una de las principales fuentes de talentos en el área en Brasil es la Olimpíada Brasileña de Matemática, organizada anualmente por el Impa con el apoyo de la Sociedad Brasileña de Matemática (SBM). La edición de 2019 contó con la participación de casi 20 millones de estudiantes y registró un récord de participación de los municipios. Solo 16 ciudades no enviaron representantes al certamen por no contar con escuelas públicas o privadas que ofrezcan vacantes durante la segunda etapa de la enseñanza fundamental (del sexto al noveno año) o en la enseñanza media.

“La Olimpíada Brasileña de Matemática es una fuente inagotable de talentos”, afirmó Viana. “Existen innumerables ejemplos de trayectorias exitosas de medallistas de dentro y fuera de la academia. Solamente una minoría hace carrera en las universidades, como debe ser”, sostuvo.

<p><strong>Por Elton Alisson, desde Río de Janeiro  |  Agência FAPESP</strong> – La producción científica brasileña en el campo de las matemáticas adquirió proyección mundial con la obtención de la medalla Fields por Artur Ávila, en el año 2014. Se trata de la más prestigiosa distinción en el área. En 2018, Brasil ingresó al grupo de élite de la Unión Matemática Internacional (IME), junto a las otras 10 naciones más avanzadas del sector.</p>

<p>El impacto científico de las investigaciones realizadas en el Instituto de Matemática Pura y Aplicada (Impa), por ejemplo, supera actualmente al de las universidades Harvard, de Stanford y de Berkeley, en Estados Unidos, y la institución constituye el mayor centro de formación de magísteres y doctores en matemática de Brasil, de acuerdo con Marcelo Viana, director general de la misma.</p>

<p>Brasil ahora necesita que el sector productivo incorpore el conocimiento que se genera en distintas instituciones de investigación, con el objetivo de generar nuevos negocios e innovaciones en productos, procesos y servicios, aparte de empleos calificados.</p>

<p>Este análisis estuvo a cargo de los participantes en el “Primer Workshop Matemática e Industria”, realizado durante los días 13 y 14 de febrero en el Instituto de Matemática Pura y Aplicada (Impa), en Río de Janeiro, que tuvo como objetivo presentar a las empresas las oportunidades y soluciones que ofrece la investigación académica.</p>

<p>Este evento fue una iniciativa del Impa en asociación con el Centro de Ciencias Matemáticas Aplicadas a la Industria (<a href="http://www.cemeai.icmc.usp.br" target="_blank"><strong>CeMEAI</strong></a>), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (<a href="http://cepid.fapesp.br/home" target="_blank"><strong>CEPID</strong></a>) apoyado por la FAPESP. Participaron investigadores de Petrobras, Equinor, McKinsey, Stone, Hotel Urbano, Via Varejo, Bayer, Shell y Repsol, entre otras.</p>

<p>A juicio de Viana, Brasil tiene un gran potencial para aprovechar de los beneficios que la matemática puede aportar a la economía, toda vez que posee excelentes instituciones de investigación en el área.</p>

<p>“Brasil dispone de excelentes instituciones y experiencia en el campo de la matemática para plasmar ese potencial. Y dos de esas instituciones están representadas en ese evento, que son el Impa y el CeMEAI”, sostuvo. </p>

<p>Uno de los egresados del Impa es Artur Ávila, quien hizo su doctorado allí y actualmente integra la plantilla docente de la institución.</p>

<p>“Preferimos que nuestros egresados permanezcan en Brasil, pero somos una institución que exporta doctores a diversos países”, afirmó Viana.</p>

<p>Una de las contribuciones que los matemáticos graduados en las instituciones brasileñas han brindado a las empresas reside en realizar pronósticos sobre el comportamiento de estructuras tales como edificaciones, o del transporte de petróleo en un campo de exploración a partir de la descripción de fenómenos físicos, una práctica conocida como modelado matemático.</p>

<p>Más recientemente, mediante la combinación de la estadística con la computación de alto rendimiento, los matemáticos también han contribuido para prever procesos que no poseen descripción física.</p>

<p>“La ola de inteligencia artificial que vivimos ahora solamente fue posible en función de la interacción entre la computación, la matemática y la estadística”, sostuvo <a href="https://bv.fapesp.br/pt/pesquisador/344/jose-alberto-cuminato" target="_blank"><strong>José Alberto Cuminato</strong></a>, director del CeMEAI.</p>

<p>La interacción entre la universidad y el sector productivo solamente será posible en caso de abarcar a esas tres áreas, sostuvo Cuminato.</p>

<p>“Por eso el nombre del CeMEAI hace referencia a las ciencias matemáticas, y no simplemente a la matemática”, añadió.</p>

<p><strong>Matemática y negocios</strong></p>

<p>El CeMEAI, inaugurado en 2011, en el Instituto de Ciencias Matemáticas y de Computación de la Universidad de São Paulo (ICMC-USP), en su campus de la localidad de São Carlos, fue pionero en Brasil en el estímulo a la interacción entre las ciencias matemáticas y el sector industrial.</p>

<p>Algunas de las inspiraciones del centro fueron el University Consortium for Industrial Numerical Analysis, de la Universidad de Oxford, en Inglaterra, fundado en la década de 1980 y que actualmente se llama Knowledge Transfer Network (KTN), que Cuminato conoció durante su doctorado en la institución, y el Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics, en la Alemania.</p>

<p>“Fuimos los primeros en referirnos a las ciencias matemáticas como negocio en Brasil, en un momento en el cual eso sonaba como una mala palabra”, comentó Cuminato. “Aprendimos en el transcurso de los años que este es un nicho sumamente importante que los matemáticos deben explotar.”</p>

<p>Los investigadores del centro han venido realizando durante los últimos nueve años proyectos con pequeñas, medianas y grandes empresas de diversos sectores, tales como el financiero, el de la salud, el textil, el avícola, el aeronáutico y el de petróleo y gas. En la actualidad, la principal colaboración del centro se lleva adelante con Petrobras.</p>

<p>“Nuestra meta apunta a depender cada vez menos de los recursos públicos. Llevamos adelante dos grandes proyectos en asociación con Petrobras, que nos aportaron recursos equivalentes a los que invirtió la FAPESP en el centro”, afirmó Cuminato.</p>

<p>Uno de los proyectos se destina a incrementar la confiabilidad de las válvulas de seguridad de subsuperficie (DHSV, por sus siglas en inglés). Dichas válvulas, componentes críticos de los pozos de petróleo, aumentan la seguridad operativa en la explotación del combustible, al evitar erupciones o flujos descontrolados desde el pozo, que pueden desbordarse e ir a parar al medio ambiente.</p>

<p>Estos artefactos, que se controlan desde la superficie, en la plataforma de petróleo, exhiben un alto índice de desperfectos. “El objetivo del proyecto consiste en investigar el origen de las fallas en estos componentes, de manera tal de ayudar a los proveedores a mejorar sus productos”, explicó <a href="https://bv.fapesp.br/pt/pesquisador/6743/francisco-louzada-neto" target="_blank"><strong>Francisco Louzada Neto</strong></a>, coordinador de transferencia tecnológica del CeMEAI.</p>

<p>El otro proyecto desarrollado en colaboración con Petrobras se enfoca en la planificación de la operación, la simulación de pruebas y la garantía de la confiabilidad de Annelida, un robot con un formato similar al de un ciempiés cuya función consistirá en desobstruir oleoductos.</p>

<p>La idea es que, al detectar la obstrucción de una cañería con hidratos o parafina, por ejemplo, el robot efectúe la remoción mediante una reacción controlada de calentamiento.</p>

<p>“En síntesis, nuestro objetivo consiste en brindarles soporte matemático y estadístico a los equipos de desarrollo del robot, mediante mediciones tendientes a asegurar su confiabilidad”, explicó Louzada.</p>

<p><strong>La unión de esfuerzos</strong></p>

<p>La colaboración con científicos del CeMEAI y de otras universidades e institutos de investigación en matemática de Brasil le ha permitido a Petrobras disminuir costos y expandir la adquisición de datos con confiabilidad mediante modelado, afirmó Danilo Colombo, del Centro de Investigación y Desarrollo Leopoldo Américo Miguez de Mello (Cenpes) de Petrobras.</p>

<p>“La interacción con la academia nos permite mantener contacto con grupos con abordajes multidisciplinarios y enfoque en el análisis de datos, que permiten extraer los mejores resultados de las pruebas de simulación de equipamientos de perforación y completamiento de pozos [<em>la preparación para la producción</em>], que son sumamente caros y no pueden tener errores”, dijo Colombo.</p>

<p>Los aportes en proyectos de investigación colaborativos con universidades por parte de la empresa y de otras industrias petrolíferas en Brasil transcurren en el marco de la denominada “Cláusula de I&D”, una política sectorial que destina entre el 0,5% y el 1% de la facturación bruta de la producción brasileña de petróleo a la investigación y la innovación.</p>

<p>La Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP) se encarga del control de las inversiones.</p>

<p>“Estos recursos, que no son públicos, sino que los invierten directamente las empresas sin pasar por el Tesoro Nacional, han aumentado más de 20 veces en comparación con el monto disponible en el año en que se creó la cláusula, en 1997”, dijo Alfredo Renault, superintendente de investigación y desarrollo tecnológico de la ANP.</p>

<p>“Existe un enorme potencial para la ampliación de esta colaboración entre universidades e institutos de investigación y el sector de petróleo en investigaciones relacionadas fundamentalmente con la disminución de costos y con el aumento de la seguridad operativa. La selección de los proyectos pasa por el tamiz de la aplicabilidad”, afirmó Renault.</p>

<p><strong>Un granero de talentos</strong></p>

<p>Una de las principales fuentes de talentos en el área en Brasil es la Olimpíada Brasileña de Matemática, organizada anualmente por el Impa con el apoyo de la Sociedad Brasileña de Matemática (SBM). La edición de 2019 contó con la participación de casi 20 millones de estudiantes y registró un récord de participación de los municipios. Solo 16 ciudades no enviaron representantes al certamen por no contar con escuelas públicas o privadas que ofrezcan vacantes durante la segunda etapa de la enseñanza fundamental (del sexto al noveno año) o en la enseñanza media.</p>

<p>“La Olimpíada Brasileña de Matemática es una fuente inagotable de talentos”, afirmó Viana. “Existen innumerables ejemplos de trayectorias exitosas de medallistas de dentro y fuera de la academia. Solamente una minoría hace carrera en las universidades, como debe ser”, sostuvo.</p>

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