Este profesional obtuvo el título de Ingeniero Civil de Industrias, Diploma en Ingeniería Matemática, hoy a cargo del Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional de la UC. Actualmente, está de visita en Chile tras completar su doctorado en Italia, donde colaboró con un equipo de investigadores que unieron la Matemática con el área de la salud para crear un sofisticado modelo del corazón que ayuda a evaluar distintos aspectos del flujo sanguíneo. Esa experiencia le permite afirmar que la formación que recibió en la UC fue clave para tener un buen desempeño.
Nicolás Barnafi (30 años) tuvo cercanía desde temprana edad con las temáticas que hoy guían su vida profesional y académica. Mientras estudiaba en el Andreé English School, de La Reina, participó en las olimpiadas nacionales de Matemática y de Física. Además, sus padres tienen un nexo muy cercano con el área de la salud: su madre estudió kinesiología y trabajó en una farmacia, mientras que su padre posee un laboratorio de exámenes de sangre. “Ahora está haciendo exámenes PCR, así que tiene una alta demanda”, cuenta.
Por estos días, Barnafi se encuentra de visita en Chile tras finalizar su doctorado en análisis numérico en la prestigiosa Universidad Politécnica de Milán, Italia, donde también trabajó durante un año como investigador en el desarrollo de métodos numéricos para la mecánica cardíaca. Su tésis se tituló “Mathematical Models and Numerical Methods for Cardiac Poromechanics” (“Modelos Matemáticos y Métodos Numéricos para la Poromecánica Cardíaca”) y revela el interés de Barnafi de unir el ámbito de la salud con los conocimientos que adquirió durante los años de estudios que lo llevaron a recibirse como Ingeniero Civil de Industrias, Diploma en Ingeniería Matemática, título profesional actualmente a cargo del Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional de la UC (IMC).
Nicolás aún recuerda los inicios de la trayectoria universitaria que eventualmente lo llevó a Europa. “Al igual que el 90% de los alumnos de ingeniería, entré porque de alguna manera me gustaban la Matemática y la Física y quería una carrera me asegurara un buen futuro. Aún no tenía un interés demasiado marcado o especial, pero durante los ramos de Matemática me di cuenta que me gustaban cosas que no atraían mucho al resto de los alumnos. No era muy bueno para sentarme a estudiar, pero sí me fascinaba darles varias vueltas a las demostraciones y también me gustaban los argumentos lógicos elegantes. Los ramos de Física tampoco eran de mi agrado, pero sí descubrí que la Matemática era mi nicho”.
Tras hallar un rumbo más claro, Barnafi empezó a tomar ramos ligados al área de la simulación. “Recuerdo que empecé con un ramo de Sergio Gutiérrez -profesor de Ingeniería UC- sobre modelación matemática y después comencé a tomar todos los cursos de Daniel Hurtado -también profesor de Ingeniería UC-, que abordaban mecánica en medios continuos, elementos finitos y mecánica de las células”. Cuando estaba cerca de terminar la carrera, existía la opción de cursar un Magíster en lugar de dar el examen de título y Nicolás eligió la primera alternativa: “Quería conocer el mundo de la investigación, saber de qué se trataba, qué se hacía, cuáles eran las dinámicas”.
Nicolás realizó un Magíster en Ciencias de la Ingeniería, bajo una cotutela de Daniel Hurtado y Gabriel Gatica, académico e investigador de la Universidad de Concepción. Fue en esa instancia, donde Barnafi empezó a explorar de manera más clara los puentes entre la salud y la ingeniería matemática.
“Me centré en los pulmones. El problema era el siguiente: analizar la deformación de un pulmón a partir solamente de dos imágenes, una que mostraba su configuración con aire y otra sin aire durante la respiración. Lo que queríamos era encontrar la deformación entre una configuración y la otra. Al determinar esa deformación se pueden tener varios indicadores mecánicos, como cuánto se estira o la distribución de esfuerzos”, indica Barnafi. Con esa información, agrega, es posible predecir “los daños que sufre el pulmón durante escenarios como el de la ventilación mecánica, una de nuestras principales motivaciones por ese entonces y que luego cobró mucha más relevancia durante los peores períodos de la epidemia del Covid-19, ya que esa técnica es muy invasiva y puede dejar a la gente con capacidad respiratoria reducida por el resto de sus vidas”.
Además, al determinar la deformación entre una configuración y otra, explica Barnafi, se “pueden tener varios indicadores mecánicos localmente, cómo cuánto se estira el pulmón o la disposición de fuerzas del órgano en cada punto”.
El trabajo realizado en ese Magíster fue una muestra más de que la Matemática y otras áreas de la investigación como la salud no son universos tan distantes como se podría suponer: “Quizás si no se está en el mundo del modelamiento matemático, pueden parecer temáticas super lejanas entre sí, pero una vez que se empieza a investigar en realidad uno se da cuenta que son muy buenos amigos”. De hecho, hace 12 años el journal EMBO Reports publicó un artículo titulado “La Biología es la nueva Física”. Ese reporte, indica Barnafi, ayudó a instalar la noción de que la Biología “empezó a ser una nueva fuente de problemas interesantes para trabajar desde la Matemática”. Las posibilidades que se abrieron con este nuevo escenario son numerosas: “Se empezaron a desarrollar muchos modelos súper avanzados y también los computadores mejoraron mucho. Eso nos permitió empezar a resolver todos estos modelos sofisticados que existían escritos en papers, pero para los cuales no existía la capacidad de cálculo adecuada para resolver de manera precisa los fenómenos que describían. De repente, fuimos capaces de resolver problemas gigantescos. Eso fue abriendo este mundo de modelamiento biológico en general”.
En 2017, Nicolás recibió tanto su licenciatura, como su título y su Magíster. Fue entonces cuando surgió una posibilidad de un doctorado en Europa: se trataba de un proyecto que estaba desarrollando el destacado académico Alfio Quarteroni, matemático y profesor de análisis numérico de la Universidad Politécnica de Milán, quien además es autor de 26 libros editados en 7 idiomas y ha publicado cerca de 400 estudios en distintas revistas científicas. “También se trataba de modelamiento biológico, pero cambié de órgano: esto se trataba sobre el corazón”, indica Barnafi.
El mundo del corazón
Con estos modelos, los investigadores pueden ver el viaje completo de la sangre por el cuerpo, desde que sale del corazón a través de la arteria aorta hasta que se distribuye por el resto del organismo y luego vuelve a entrar al corazón. “Yo me ocupé de un aspecto un poco más matemático, que consistía en analizar las propiedades de modelos de perfusión cardíaca que describen el flujo de sangre a través del corazón”. Este tipo de trabajo permite delinear modelos extremadamente complejos que ayudan a guiar distintas terapias: “Por ejemplo, permite establecer cuándo conviene hacer distintos tipos de tratamientos para diferentes enfermedades. La gracia es que no está pensado para ser aplicado en una única patología, sino que es algo bastante completo que ha facilitado abarcar diversas enfermedades y situaciones tanto patológicas como fisiológicas”.
En total, el grupo de Nicolás estaba conformado por unas 20 personas que incluían tanto a estudiantes de doctorado, como postdoctorados y académicos. Si bien el doctorado ya acabó, el egresado de la UC participa ahora en un postdoctorado con varios de los colegas que tuvo en Milán y actualmente en la Universidad de Pavia, también en Italia. “También se trabajó en un software que al final del proyecto, que dura cinco años, va a ser liberado. Casi todas estas iniciativas europeas están vinculadas a la divulgación del conocimiento, a la generación de librerías open source y a que la ciencia sea abierta, para que sea útil para el resto de la comunidad”.
Nicolás Barnafi en Italia.
Su reflexión sobre la preparación que recibió en la UC antes de partir a un escenario altamente exigente como Europa es bastante positiva. “Uno va muy asustado, porque sabes que vas a llegar a un lugar donde todo es muy dinámico, que está lleno de gente super talentosa y de escuelas con mucha tradición. Viajas con mucho susto al partir de un país como Chile que está al otro lado del océano y lejos de todo. Sientes que estás medio desconectado de esta vanguardia científica, pero hay que ir no más. De hecho, allá uno descubre que tiene una buena base, así que puedes aprender las cosas que te van a enseñar”, afirma Barnafi.
Nicolás recuerda que sus compañeros incluso acudían a él como referente para consultarle detalles de las temáticas que él manejaba más a fondo. “Te das cuenta que no sólo llegas como un estudiante que está motivado por aprender, sino que como alguien que realmente ya sabe muchas cosas. En la universidad te dan una muy buena formación y uno le da valor cuando se va al exterior, porque no estás de ninguna manera en una posición de desventaja”.
El ahora doctor señala que en mayo debe volver a Italia, pero en noviembre retornará a Chile para seguir su carrera académica en el país. Ahora que su periplo por Europa se acerca a su fin, Nicolás dice tener las referencias y herramientas para asegurar que la Ingeniería Matemática es una “carrera espectacular, llena de belleza. También tiene un poco de sufrimiento, pero es maravillosa. La Ingeniería Matemática siempre tiene un enfoque hacia resolver problemas reales con bases matemáticas sólidas. Diría que la Matemática es una muy buena base para después llegar donde uno quiera, porque es el lenguaje en el que se hablan muchas disciplinas”.
Para Barnafi, la carrera que ahora está a cargo del Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional de la UC coloca al estudiante en una “posición perfecta para ver las cosas de manera distinta, más unificada y sistemática. Se sale con una visión un poco más global que se convierte en una herramienta maravillosa para trabajar en cosas un poco más técnicas. Por ejemplo, en el área de datos y finanzas se están buscando muchos ingenieros matemáticos, no sólo en Chile sino que también en otros lugares como Europa”.