Biophysics (Español)

Joe Bryan, una vez un popular y respetado director de secundaria en un pequeño pueblo de Texas, ha estado en prisión durante más de 30 años. Está cumpliendo una condena de 99 años por el asesinato de su esposa en 1985. Las pruebas que lo incriminaban involucraban manchas de sangre de la víctima encontradas en una antorcha de mano., Un testigo, que fue calificado como experto en la técnica forense de análisis de patrones de sangre (BPA), interpretó estos puntos como colocar a Bryan cerca de su esposa cuando le dispararon, un testimonio que estuvo a la vanguardia de la condena de Bryan. Anuló las pruebas compensatorias de que de hecho estaba en una conferencia a 120 millas de distancia, una coartada que hizo casi imposible para él haber disparado a su esposa, ya que habría tenido que abandonar el evento, viajar a casa, cometer asesinato y regresar a la conferencia dentro de un plazo específico. Bryan mantiene su inocencia hasta el día de hoy.,

evidencia como esta, basada en el comportamiento físico de la sangre generada en la escena del crimen, tiene raíces en la Europa de finales del siglo XIX. Se hizo prominente en los Estados Unidos durante el famoso juicio por asesinato de Sam Sheppard en 1955, y ha desempeñado un papel importante en otros juicios por asesinato desde entonces, incluidos los del jugador de fútbol y actor O J Simpson (1994-1995, veredicto de no culpable) y el productor musical Phil Spector (2007-2009, Nuevo veredicto de culpable).,

Los investigadores de la Policía utilizan BPA para trabajar hacia atrás a partir de rastros de sangre en la escena del crimen, lo que les permite reconstruir los lugares y las acciones de las personas y las armas involucradas. Los rastros incluyen goteos, manchas y salpicaduras, que se crean cuando las gotas de sangre irradian del impacto de una bala o un objeto contundente hasta que encuentran una superficie y la manchan. Pero según un sorprendente informe de 2009 de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NAS) que todavía resuena hoy en día, el BPA carece de rigor científico y acreditación válida para sus profesionales., Esto es una preocupación seria porque los resultados de BPA han condenado a las personas que más tarde demostraron ser inocentes, como muchos creen que lo es Bryan; y porque la falta de confianza en el análisis de BPA puede permitir que los culpables salgan libres. Como resultado, se ha vuelto esencial reevaluar la física detrás del BPA.

aunque EE.UU. lidera el mundo en posesión de armas – hay 120 armas por cada 100 personas, y el 64% de los homicidios de EE.UU. están relacionados con las armas-otros países también tienen muchos tiroteos., Por ejemplo, el 30% de los homicidios en Canadá involucran armas de fuego, mientras que una docena de Naciones, incluido Brasil, superan a los Estados Unidos en su tasa de muertes por armas de fuego por cada 100,000 personas. Por lo tanto, establecer la validez científica del BPA podría tener un impacto internacional en el tratamiento de las 250,000 muertes anuales relacionadas con armas de fuego en el mundo al ayudar a categorizarlas como homicidios o suicidios, y, en el primer caso, potencialmente llevar a los perpetradores ante la justicia.,

comportamiento sanguinolento

en términos de física, la reconstrucción de BPA es un problema complicado en la mecánica de fluidos que implica rastrear el comportamiento de la sangre, bajo diversas fuerzas y condiciones ambientales. El desafío se hace más difícil porque la sangre es un líquido complejo que contiene componentes líquidos (el plasma) y sólidos (las células sanguíneas). Además, las propiedades de la sangre, como su pH o el número de glóbulos rojos, varían de una persona a otra.

pero este trabajo es más que un ejercicio académico., También puede tener efectos reales, según Alicia Carriquiry de la Universidad Estatal de Iowa en los Estados Unidos. Como estadístico y director del Center for Statistics and Applications in Forensic Evidence (CSAFE) – que está financiado por el Instituto Nacional de estándares y Tecnología de los Estados Unidos (NIST) – Carriquiry tiene una visión amplia de la ciencia forense. «El BPA es una de esas áreas en las que la ciencia tiene mucho que decir», dice., «A diferencia de otras disciplinas forenses, en BPA realmente tenemos modelos físicos y fluido-dinámicos que pueden ayudar a responder preguntas como las que tienen que ver con la trayectoria, el punto de origen y similares.»

La ciencia Fundamental, sin embargo, no se ha aplicado bien al BPA, según el informe de la NAS de 2009, titulado Strengthening Forensic Science in the United States. Copresidido por un distinguido juez federal de los Estados Unidos y un estadístico Académico, incluyó colaboradores de disciplinas científicas relevantes, incluida la física., En general, a excepción del análisis de ADN, el informe encontró deficiencias en prácticamente todas las técnicas forenses, incluido el análisis de cabello, fibras, huellas dactilares y marcas de mordeduras. «La interpretación de la evidencia forense no siempre se basa en estudios científicos para determinar su validez», afirmó. «Este es un problema serio.»Un informe separado en 2016 del Consejo de asesores sobre Ciencia y tecnología del presidente de los Estados Unidos – escrito por el director de la Oficina de Política de Ciencia y tecnología junto con un panel de científicos – se hizo eco de esta crítica.,

para el BPA en particular, el informe de NAS señaló las complejidades de la dinámica de fluidos e indicó que los analistas de BPA deberían comprender la física involucrada. Pero sin requisitos educativos estrictos para la certificación como experto en BPA – están entrenados solo para seguir procedimientos empaquetados – El informe concluyó que «las opiniones de los analistas de patrones de manchas de sangre son más subjetivas que científicas The las incertidumbres asociadas con son enormes.,»En 2018, La Comisión de Ciencia Forense de Texas llegó a conclusiones similares sobre el caso Bryan, llamando a la interpretación de la evidencia de BPA «inexacta» y «científicamente insostenible».

aún así, si se usa correctamente, el BPA puede dar pistas valiosas para comprender las circunstancias de un tiroteo. Por ejemplo, las gotas de sangre que golpean el suelo en un ángulo crearán un conjunto de manchas elípticas, cuya relación anchura-longitud da el ángulo de impacto (figura 1). Los analistas de BPA están capacitados para dibujar trayectorias en línea recta que siguen la dimensión larga de cada elipse en ese ángulo de impacto., Estos caminos convergen, proporcionando una posición desde la que se originó la sangre. Si bien esto da correctamente la proyección en el suelo de la ubicación de una herida de bala, el procedimiento en línea recta sobrestima la altura de la herida, ya que los verdaderos caminos bajo gravedad son parábolas modificadas por la resistencia aerodinámica. El error suele ser lo suficientemente grande como para colocar erróneamente a una víctima de pie en lugar de sentada.,

Este es uno de los métodos BPA establecidos que un análisis físico más profundo puede mejorar. En 2011, los físicos Christopher Varney y Fred Gittes de la Universidad Estatal de Washington pusieron las ecuaciones del movimiento del proyectil, incluyendo la gravedad y el arrastre, en una forma que utiliza todos los datos inherentes a un conjunto de manchas de sangre salpicadas (Am. J. Phys. 79 838)., Encontraron que una gráfica de los ángulos de impacto para las manchas versus la inversa de sus distancias horizontales desde el eje vertical del impacto da un resultado válido para la altura, siempre que los ángulos de lanzamiento para las gotas no estén demasiado distribuidos. En una prueba que salpicó un sustituto de sangre viscosa, los investigadores utilizaron este enfoque para calcular la altura real de lanzamiento de 88 cm a un margen de 8%. A modo de comparación, las trayectorias lineales sobreestimaron la altura de lanzamiento en un 100%.,

en 2015 Nick Laan, de la Universidad de Amsterdam y el Instituto Forense de los Países Bajos, y sus colegas utilizaron las cualidades fluidas de la sangre para encontrar la altura de una herida de bala (informes científicos 5 11461). Un trabajo anterior había derivado una ecuación que relacionaba la velocidad de impacto de una gota líquida de sangre con su volumen y ángulo de impacto, y con la anchura de la mancha seca que producía determinada por el comportamiento capilar y viscoso conocido de la sangre. Para aplicar este método, los investigadores crearon patrones de salpicaduras de sangre humana en condiciones controladas., Para cada una de las 40 manchas de sangre separadas, determinaron su ancho y ángulo de impacto, y, utilizando un escáner de superficie 3D comercial, midieron el volumen de la mancha, de la que encontraron el volumen de la caída original. Estos parámetros produjeron la velocidad de impacto, dando suficiente información para resolver las ecuaciones de movimiento bajo gravedad con resistencia aerodinámica. Los resultados para la altura donde se originó cada gota tuvieron un valor promedio de 58.5 cm, solo un 8% por debajo de la altura real de 63.7 cm. Mientras tanto, el método de línea recta dio 91.1 cm-un error mucho mayor del 42%.,

a bullet’s journey

estos dos artículos y otros analizan el comportamiento de las gotas de sangre después de que se han formado, para mejorar el BPA estándar. Pero los ingenieros mecánicos y dinamicistas de fluidos Alexander Yarin y Patrick Comiskey de la Universidad de Illinois en Chicago, junto con Daniel Attinger en Iowa State, han ido más allá. Han modelado todo el proceso desde la bala entrando en el cuerpo hasta el patrón final de la mancha de sangre.,

desde 2016, estos investigadores han desarrollado teorías dinámicas de fluidos para salpicaduras de bala hacia atrás y hacia adelante, donde las gotas de sangre viajan respectivamente contra y con la dirección de la bala y muestran diferentes características. El análisis de salpicadura posterior-llevado a cabo para ambos regulares (Phys. Rev. Fluids 1 043201) y de nariz roma (Phys. Rev. Fluids 2 073906) bullets – se basa en la conocida inestabilidad de Rayleigh–Taylor., En este efecto, la aceleración perpendicular a la interfaz entre dos fluidos de diferentes densidades – aquí, sangre y aire – crea turbulencia creciente y mezcla entre los fluidos. (Un ejemplo notable de la inestabilidad son los filamentos espectaculares vistos en la Nebulosa del Cangrejo en expansión, donde los dos fluidos comprenden material expulsado por la explosión de supernova inicial del Cangrejo, y un plasma de partículas cargadas relativistas impulsadas por el púlsar central del Cangrejo., Mientras tanto, la salpicadura hacia adelante, causada cuando la bala sale de un cuerpo después de múltiples encuentros perturbadores con sangre y tejido, se trató de manera diferente. Su análisis utilizó la teoría de la percolación, que describe las rutas disponibles a través de grupos organizados aleatoriamente.

para ambos tipos de salpicaduras, los investigadores calcularon los números, tamaños y propiedades dinámicas de las gotas de sangre generadas por una bala; luego determinaron sus trayectorias bajo gravedad y resistencia aerodinámica., Finalmente, el equipo encontró el número de manchas resultantes, sus áreas, ángulos de impacto y distribución con respecto a la distancia (figura 2).

estos resultados calculados para las distribuciones de salpicaduras de sangre concuerdan razonablemente bien con los datos obtenidos disparando balas en esponjas o espuma plástica empapada con sangre porcina para salpicaduras de espalda, y a través de un depósito lleno de sangre para salpicaduras hacia adelante. Aunque los investigadores señalan que se necesitan más experimentos, sus resultados son pasos significativos hacia una teoría real, basada en la física de las salpicaduras., Su trabajo también apunta a nuevas direcciones para el estudio, como cómo se transporta el aire junto con gotas de sangre en vuelo, lo que influye en sus trayectorias, y el impacto de la temperatura en la viscosidad de la sangre.

los resultados teóricos hasta ahora muestran el valor del enfoque de Dinámica de fluidos, pero también que su complejidad puede agregar incertidumbres al análisis, por ejemplo, a través de las propiedades variables de la sangre y las manchas de sangre., Además de la temperatura, la viscosidad de la sangre también depende del porcentaje de glóbulos rojos, que varía según el individuo y podría afectar enfoques como el utilizado por Laan y colegas. Además, las propiedades de la superficie que golpea una gota de sangre pueden modificar la forma en que se propaga y, por lo tanto, afectar a la mancha que deja. Elementos de confusión como estos deben tenerse en cuenta para BPA totalmente válido que tiene peso en la corte, y puede limitar las reclamaciones sobre lo que BPA puede mostrar definitivamente. Ciertamente, queda mucho por hacer.,

del laboratorio a la escena del crimen

a medida que avanza la ciencia del BPA, un desafío paralelo es convertir sus resultados en procedimientos nuevos, prácticos y transparentes para las investigaciones de asesinatos y las presentaciones en los tribunales. Pero los profesionales de BPA no han acogido con satisfacción estos cambios, que amenazan con alterar los procedimientos de campo establecidos, una reacción que también se encuentra en otras partes del establecimiento forense., Sin embargo, dice Carriquiry, para muchos temas en la ciencia forense «hemos logrado hacer incursiones importantes y establecido algunas asociaciones significativas con profesionales forenses que ven nuestro trabajo como un medio para hacer que el suyo sea más objetivo y ‘científico’ «. Estos socios incluyen el Centro de Ciencias Forenses de Houston y el Departamento de Policía de Los Ángeles.

ahora, con el apoyo de CSAFE y otras agencias federales de Estados Unidos, los investigadores están trabajando específicamente para fortalecer las conexiones entre las comunidades de BPA y dinámica de fluidos, y para proporcionar a los profesionales resultados útiles., Por ejemplo, Attinger y los coautores han escrito un artículo tutorial en el que discuten las fuerzas en juego en la dinámica de fluidos y cómo determinan el comportamiento de las gotas de sangre en la escena del crimen (Forensic Science International 231 375). Attinger también ha publicado gráficos basados en la dinámica de fluidos que facilitan a los investigadores en el campo estimar la distancia máxima que ha recorrido una gota de sangre (Forensic Science International 298 97).,

3 sangre y balas en un laboratorio

un ejemplo de salpicaduras de sangre en un objetivo de tarjeta, producido por investigadores de la Universidad Estatal de Iowa utilizando la configuración mostrada en la figura 4. El agujero de bala se puede ver en la parte superior izquierda de la imagen central.,

en otro esfuerzo, el equipo de Attinger ha publicado patrones de salpicaduras de sangre humana producida en el laboratorio por disparos (figura 3), con un control riguroso de las armas de fuego y municiones utilizadas y la disposición física (datos breves 22 269); y un segundo conjunto de patrones de sangre producidos por instrumentos contundentes (datos breves 18 648). Estos proporcionan imágenes de alta resolución de manchas de sangre generadas en condiciones variadas, para uso de capacitación e investigación (figura 4)., En un proyecto, Hal Stern de la Universidad de California-Irvine, estadístico y codirector de CSAFE, está examinando las imágenes en busca de características distintivas que los profesionales podrían usar para distinguir entre las posibles fuentes de salpicaduras observadas. En otras actividades de divulgación, los investigadores de BPA también presentan charlas y sesiones de capacitación en sociedades profesionales.

4 una escena escenificada

la configuración experimental utilizada por Daniel Attinger y sus colegas en Iowa para estudiar las manchas de sangre por salpicaduras de espalda.

desafortunadamente, la adopción generalizada de prácticas y entrenamientos más rigurosos de BPA no llegará rápidamente, ni borrará automáticamente las deficiencias pasadas que produjeron evidencia poco confiable y acusaciones falsas. Tampoco es probable que los estándares legales para la aceptación de la evidencia de BPA cambien lo suficientemente pronto como para afectar la próxima apelación de Joe Bryan para un nuevo juicio., Esa solicitud fue denegada en 2018, pero sus abogados ahora están preparando un último esfuerzo ante la Corte de Apelaciones penales de Texas. Sin embargo, Bryan tiene casi 80 años. Incluso si se aprueba un nuevo juicio, puede que no llegue a tiempo para hacerle ningún bien.

cualquiera que sea ese resultado, la amplia cobertura del caso Bryan junto con el informe NAS y otras evaluaciones de BPA han descubierto sus problemas y motivado el progreso hacia una mejor física de los patrones sanguíneos., Esto puede al menos garantizar que las pruebas de sangre futuras sean más efectivas para identificar a los verdaderos perpetradores sin condenar injustamente a las personas inocentes.