La ablación ( del latín ablatio – eliminación) es la eliminación o destrucción de algo de un objeto por vaporización , descascarillado, procesos erosivos o por otros medios. A continuación se describen ejemplos de materiales ablativos, incluidos materiales para naves espaciales para ascenso y reentrada atmosférica , hielo y nieve en glaciología , tejidos biológicos en medicina y materiales de protección pasiva contra incendios .
En inteligencia artificial (IA), especialmente en aprendizaje automático , la ablación es la eliminación de un componente de un sistema de IA. [1] El término es por analogía con la biología: eliminación de componentes de un organismo.
La ablación biológica es la eliminación de una estructura o funcionalidad biológica.
La ablación genética es otro término para el silenciamiento de genes , en el que se elimina la expresión de genes mediante la alteración o eliminación de la información de la secuencia genética . En la ablación celular, se destruyen o eliminan células individuales de una población o cultivo. Ambos métodos se pueden utilizar como herramientas experimentales, como en los experimentos de pérdida de función . [2]
En medicina, la ablación es la eliminación de una parte del tejido biológico , generalmente mediante cirugía . La ablación superficial de la piel ( dermoabrasión , también llamada resurfacing porque induce la regeneración ) puede llevarse a cabo mediante productos químicos (quimioablación), mediante láser ( ablación láser ), mediante congelación ( crioablación ) o mediante electricidad ( fulguración ). Su finalidad es eliminar manchas de la piel, piel envejecida , arrugas , rejuveneciéndola así . La ablación superficial también se emplea en otorrinolaringología para varios tipos de cirugía, como la de los ronquidos . La ablación por radiofrecuencia (ARF) es un método para eliminar tejido aberrante del interior del cuerpo mediante procedimientos mínimamente invasivos, se utiliza para curar una variedad de arritmias cardíacas como la taquicardia supraventricular , el síndrome de Wolff-Parkinson-White (WPW), la taquicardia ventricular y, más recientemente, como tratamiento de la fibrilación auricular . El término se utiliza a menudo en el contexto de la ablación láser , un proceso en el que un láser disuelve los enlaces moleculares de un material . Para que un láser pueda extirpar tejidos, la densidad de potencia o fluencia debe ser alta, de lo contrario se produce la termocoagulación, que es simplemente la vaporización térmica de los tejidos.
La rotablación es un tipo de limpieza arterial que consiste en insertar un pequeño dispositivo con punta de diamante, similar a un taladro, en la arteria afectada para eliminar los depósitos de grasa o la placa. El procedimiento se utiliza en el tratamiento de la enfermedad coronaria para restablecer el flujo sanguíneo.
La ablación por microondas (MWA) es similar a la RFA pero en frecuencias más altas de radiación electromagnética.
La ablación por ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU) elimina tejido del interior del cuerpo de forma no invasiva.
La ablación de médula ósea es un proceso mediante el cual se eliminan las células de la médula ósea humana como preparación para un trasplante de médula ósea . Esto se realiza mediante quimioterapia de alta intensidad e irradiación corporal total . Por lo tanto, no tiene nada que ver con las técnicas de vaporización que se describen en el resto de este artículo.
La ablación del tejido cerebral se utiliza para tratar ciertos trastornos neurológicos , en particular la enfermedad de Parkinson , y a veces también para trastornos psiquiátricos .
Recientemente, algunos investigadores han informado de resultados satisfactorios con la ablación genética. En particular, la ablación genética es potencialmente un método mucho más eficaz para eliminar células no deseadas, como las células tumorales , porque se podrían generar grandes cantidades de animales que carecen de células específicas. Las líneas extirpadas genéticamente se pueden mantener durante un período prolongado y compartir dentro de la comunidad científica. Investigadores de la Universidad de Columbia informan de caspasas reconstituidas combinadas de C. elegans y humanos, que mantienen un alto grado de especificidad del objetivo. Las técnicas de ablación genética descritas podrían resultar útiles en la lucha contra el cáncer. [3]
La electroablación es un proceso que elimina material de una pieza metálica para reducir la rugosidad de la superficie .
La electroablación rompe superficies de óxido altamente resistivas, como las que se encuentran en el titanio y otros metales y aleaciones exóticos, sin fundir el metal o aleación no oxidados subyacentes. Esto permite un acabado de superficies muy rápido.
El proceso es capaz de proporcionar acabado superficial para una amplia gama de metales y aleaciones exóticos y ampliamente utilizados, incluidos: titanio, acero inoxidable, niobio, cromo-cobalto, Inconel , aluminio y una gama de aceros y aleaciones ampliamente disponibles.
La electroablación es muy efectiva para lograr altos niveles de acabado superficial en agujeros, valles y superficies ocultas o internas en piezas (piezas) metálicas.
El proceso es particularmente aplicable a componentes producidos mediante procesos de fabricación aditiva, como metales impresos en 3D. Estos componentes tienden a producirse con niveles de rugosidad muy superiores a 5-20 micrones. La electroablación se puede utilizar para reducir rápidamente la rugosidad de la superficie a menos de 0,8 micrones, lo que permite utilizar el posproceso para el acabado de superficies en la producción en serie.
En glaciología y meteorología , la ablación (lo opuesto a la acumulación) se refiere a todos los procesos que eliminan nieve, hielo o agua de un glaciar o campo de nieve. [4] La ablación se refiere al derretimiento de la nieve o el hielo que se escurre del glaciar, la evaporación , la sublimación , el desprendimiento o la eliminación erosiva de la nieve por el viento. La temperatura del aire es típicamente el control dominante de la ablación, con la precipitación ejerciendo un control secundario. En un clima templado durante la temporada de ablación, las tasas de ablación generalmente promedian alrededor de 2 mm/h. [5] Cuando la radiación solar es la causa dominante de la ablación de nieve (por ejemplo, si las temperaturas del aire son bajas bajo cielos despejados), pueden desarrollarse texturas de ablación características como copas solares y penitentes en la superficie de la nieve. [6] La ablación puede referirse a la pérdida de masa de la superficie superior de un glaciar o al derretimiento impulsado por el océano y al desprendimiento en la cara del término de un glaciar. [7]
La ablación puede referirse a los procesos de eliminación de hielo y nieve o a la cantidad de hielo y nieve eliminadas.
También se ha demostrado que los glaciares cubiertos de escombros tienen un gran impacto en el proceso de ablación. Hay una fina capa de escombros que puede estar ubicada en la parte superior de los glaciares que intensifica el proceso de ablación debajo del hielo. Las partes cubiertas de escombros de un glaciar que está experimentando ablación se dividen en tres categorías que incluyen acantilados de hielo, estanques y escombros. Estas tres secciones permiten a los científicos medir el calor digerido por el área cubierta de escombros y se calcula. Los cálculos dependen del área y las cantidades netas de calor absorbido con respecto a todas las zonas cubiertas de escombros. Este tipo de cálculos se realizan en varios glaciares para comprender y analizar futuros patrones de derretimiento. [8]
Las morrenas (escombros glaciares) se desplazan mediante procesos naturales que permiten el movimiento de materiales a lo largo de la pendiente del cuerpo glaciar. Se observa que si la pendiente de un glaciar es demasiado alta, los escombros continuarán moviéndose a lo largo del glaciar hasta una ubicación más lejana. Los tamaños y las ubicaciones de los glaciares varían en todo el mundo, por lo que, según el clima y la geografía física, las variedades de escombros pueden diferir. El tamaño y la magnitud de los escombros dependen del área del glaciar y pueden variar desde fragmentos del tamaño del polvo hasta bloques tan grandes como una casa. [9]
Se han realizado muchos experimentos para demostrar el efecto de los escombros en la superficie de los glaciares. Yoshiyuki Fujii, profesor del Instituto Nacional de Investigación Polar , diseñó un experimento que mostró que la tasa de ablación se aceleraba bajo una capa delgada de escombros y se retardaba bajo una gruesa en comparación con la de una superficie de nieve natural. [10] Esta ciencia es importante debido a la importancia de la disponibilidad a largo plazo de los recursos hídricos y la evaluación de la respuesta de los glaciares al cambio climático . [11] La disponibilidad de recursos naturales es un impulso importante detrás de la investigación realizada con respecto al proceso de ablación y el estudio general de los glaciares.
La ablación láser se ve muy afectada por la naturaleza del material y su capacidad para absorber energía, por lo que la longitud de onda del láser de ablación debe tener una profundidad de absorción mínima. Si bien estos láseres pueden tener una potencia baja en promedio, pueden ofrecer una intensidad y fluencia máximas dadas por:
mientras que la potencia máxima es
La ablación superficial de la córnea para varios tipos de cirugía refractiva ocular es ahora común, utilizando un sistema de láser excimer ( LASIK y LASEK ). Dado que la córnea no vuelve a crecer, se utiliza láser para remodelar las propiedades refractivas de la córnea para corregir errores de refracción , como astigmatismo , miopía e hipermetropía . La ablación láser también se utiliza para eliminar parte de la pared uterina en mujeres con problemas de menstruación y adenomiosis en un proceso llamado ablación endometrial .
Los investigadores han demostrado una técnica exitosa para la ablación de tumores subsuperficiales con un daño térmico mínimo al tejido sano circundante, utilizando un rayo láser enfocado desde una fuente de láser de diodo de pulso ultracorto. [12]
Las pinturas antiincrustantes y otros revestimientos relacionados se utilizan habitualmente para evitar la acumulación de microorganismos y otros animales, como percebes , en las superficies inferiores del casco de los buques de recreo, comerciales y militares. Las pinturas ablativas se utilizan a menudo con este fin para evitar la dilución o desactivación del agente antiincrustante. Con el tiempo, la pintura se descompondrá lentamente en el agua, exponiendo los compuestos antiincrustantes frescos en la superficie. La ingeniería de los agentes antiincrustantes y la tasa de ablación pueden producir una protección duradera contra los efectos nocivos de la bioincrustación.
Los productos cortafuegos e ignífugos pueden ser de naturaleza ablativa. Esto puede significar materiales endotérmicos , o simplemente materiales que son sacrificables y se "gastan" con el tiempo mientras están expuestos al fuego , como los productos cortafuegos de silicona . Si se los expone al fuego o a condiciones de calor durante suficiente tiempo, estos productos se carbonizan, se desmoronan y desaparecen. La idea es poner suficiente de este material en el camino del fuego para que se pueda mantener un nivel de clasificación de resistencia al fuego , como se demuestra en una prueba de fuego . Los materiales ablativos suelen tener una gran concentración de materia orgánica [ cita requerida ] que se reduce por el fuego a cenizas. En el caso de la silicona, el caucho orgánico rodea un polvo de sílice muy finamente dividido (hasta 380 m 2 de área de superficie combinada de todas las partículas de polvo por gramo de este polvo [ cita requerida ] ). Cuando el caucho orgánico se expone al fuego, se quema hasta convertirse en cenizas y deja atrás el polvo de sílice con el que comenzó el producto.
Los discos protoplanetarios son discos circunestelares giratorios de gas denso y polvo que rodean estrellas jóvenes recién formadas . Poco después de la formación estelar , las estrellas a menudo tienen material circundante sobrante que todavía está unido gravitacionalmente a ellas, formando discos primitivos que orbitan alrededor del ecuador de la estrella, no muy diferentemente de los anillos de Saturno . Esto ocurre porque la disminución en el radio del material protoestelar durante la formación aumenta el momento angular , lo que significa que este material restante se convierte en un disco circunestelar aplanado alrededor de la estrella. Este disco circunestelar puede eventualmente madurar en lo que se conoce como un disco protoplanetario: un disco de gas, polvo, hielo y otros materiales a partir del cual se pueden formar sistemas planetarios . En estos discos, la materia en órbita comienza a acumularse en el plano medio más frío del disco a partir de granos de polvo y hielo que se adhieren entre sí. Estas pequeñas acumulaciones crecen desde guijarros hasta rocas hasta planetas bebés tempranos, llamados planetesimales , luego protoplanetas y, finalmente, planetas completos . [13]
Como se cree que las estrellas masivas pueden desempeñar un papel en el desencadenamiento activo de la formación de estrellas (al introducir inestabilidades gravitacionales entre otros factores), [14] es plausible que estrellas jóvenes, más pequeñas, con discos puedan estar viviendo relativamente cerca de estrellas más viejas y más masivas. Esto ya se ha confirmado a través de observaciones en ciertos cúmulos , por ejemplo, en el cúmulo del Trapecio . [15] Dado que las estrellas masivas tienden a colapsar a través de supernovas al final de sus vidas, la investigación ahora está investigando qué papel jugaría la onda de choque de tal explosión, y el remanente de supernova (SNR) resultante, si ocurriera en la línea de fuego de un disco protoplanetario. Según simulaciones modeladas computacionalmente, un SNR que golpee un disco protoplanetario resultaría en una ablación significativa del disco, y esta ablación quitaría una cantidad significativa de material protoplanetario del disco, pero no necesariamente destruiría el disco por completo. [16] Este es un punto importante porque un disco que sobrevive a tal interacción con suficiente material sobrante para formar un sistema planetario puede heredar una química de disco alterada de la SNR, lo que podría tener efectos en los sistemas planetarios que se formen posteriormente.
En el diseño de naves espaciales , la ablación se utiliza tanto para enfriar como para proteger piezas mecánicas o cargas útiles que, de otro modo, se dañarían a temperaturas extremadamente altas. Dos aplicaciones principales son los escudos térmicos para naves espaciales que entran en una atmósfera planetaria desde el espacio y el enfriamiento de las toberas de los motores de cohetes . Algunos ejemplos incluyen el módulo de mando Apollo que protegió a los astronautas del calor de la reentrada atmosférica y el motor de cohete de segunda etapa Kestrel diseñado para uso exclusivo en un entorno de vacío espacial, ya que no es posible la convección de calor .
En un sentido básico, el material ablativo está diseñado de modo que, en lugar de transmitir calor a la estructura de la nave espacial, solo la superficie exterior del material soporta la mayor parte del efecto de calentamiento. La superficie exterior se carboniza y se quema, pero muy lentamente, exponiendo gradualmente nuevo material protector debajo. El calor es transportado fuera de la nave espacial por los gases generados por el proceso ablativo y nunca penetra el material de la superficie, por lo que las estructuras metálicas y otras estructuras sensibles que protegen permanecen a una temperatura segura. A medida que la superficie se quema y se dispersa en el espacio, el material sólido restante continúa aislando la nave del calor continuo y los gases sobrecalentados. Se calcula que el espesor de la capa ablativa es suficiente para sobrevivir al calor que encontrará en su misión.
Existe toda una rama de investigación en vuelos espaciales que implica la búsqueda de nuevos materiales ignífugos para lograr el mejor rendimiento ablativo; esta función es fundamental para proteger a los ocupantes de la nave espacial y la carga útil de una carga de calor excesiva. [17] La misma tecnología se utiliza en algunas aplicaciones de protección pasiva contra incendios , en algunos casos por los mismos proveedores, que ofrecen diferentes versiones de estos productos ignífugos , algunos para la industria aeroespacial y otros para la protección estructural contra incendios .
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