Impresoras 3D para representar conceptos de física


3dprintingus

Los estudiantes podrán pronto ser capaces de tocar con sus propias manos algunos de los conceptos teóricos que se imparten en sus clases de física, gracias a una novedosa idea concebida por un grupo de investigadores del Imperial College de Londres.

En el nuevo estudio publicado en la revista EPL , los investigadores han demostrado con éxito como la complejidad de la física teórica se puede transformar en una prueba tangible con objetos, utilizando una impresora 3D.

En sólo ocho horas, y con un costo de alrededor de 15 euros, fueron capaces de utilizar una impresora 3D disponible en el mercado para crear su propio objeto de 8cm3 basado en un modelo matemático que describe cómo se pueden iniciar los incendios forestales y la forma en que finalmente se extienden en el tiempo .

Los investigadores han llamado al enfoque “esculplejidad” que proviene de escultura y complejidad y ​​creen que también podría ser utilizado para producir obras de arte basadas en la ciencia, o transformar la manera en que las ideas y los conceptos son presentados y discutidos dentro de la comunidad científica.

El co-autor del estudio, el Doctor Tim Evans, físico teórico del Imperial, dijo: “El trabajo fue inspirado por una visita al Museo de Victoria y Alberto en Londres, donde me encontré con el primer objeto que se imprimió en 3D que el museo había adquirido.”

“El objeto era una mesa inspirada en las estructuras arbóreas que se encuentran en la naturaleza, que es un ejemplo de un proceso de ramificación que se encuentra comúnmente en los sistemas complejos en física teórica. Esto me llevó a pensar, ¿qué otros procesos familiares para la física podría ser convertidos en un objeto impreso en 3D? “

Los sistemas complejos están compuestos de muchas partes que interactúan en diversas escalas de tiempo y longitud y que muestran un comportamiento coherente y ciertos patrones a gran escala. Un organismo vivo es el mejor ejemplo de un sistema complejo, en el que las partes, en este caso individuales de los procesos moleculares en la célula, interactuan entre sí y contribuyen a procesos mucho más grandes en una escala macroscópica.

Las interacciones en juego en muchos sistemas complejos pueden ser mapeadas en una rejilla de dos dimensiones que se divide en cuadrados idénticos, o “células”. Cada una de estas células pueden existir en un cierto estado y evolucionar con el tiempo, algo que se rige por un determinado conjunto de reglas.

En su estudio, los investigadores utilizaron un incendio forestal como un ejemplo, en la que cada celda representa un árbol que podría bien estar vivo, muerto o estar ardiendo. El estado exacto en el que cada celda es ocupada en el tiempo depende de un conjunto de reglas, ademas, se tuvo en cuenta la proximidad entre las celdas que pueden arder o ser alcanzadas por un rayo.

“La idea básica es simple. Una impresora 3D construye su objeto en capas. Así que la altura del objeto puede ser considerado como el tiempo. Supongamos que tenemos un modelo matemático que define una imagen plana, de dos dimensiones que evoluciona en el tiempo-que normalmente será una rejilla con algunas plazas completa y algunos vacíos.”

“El modelo matemático se define en cada punto en el tiempo, lo que debe imprimir la impresora a una altura. El siguiente paso en el modelo definirá entonces qué imprimir en la parte superior de la primera capa, y así sucesivamente. El resultado es un objeto 3D que muestra cómo el modelo matemático ha evolucionado con el tiempo “, dice Evans.

Para el modelo resultante creado por los investigadores no estuvo exento de problemas técnicos, sin embargo, el Doctor Evans cree que la experiencia les ha permitido identificar los obstáculos, formular soluciones e inspirar a la comunidad de físicos a “ser creativa”.

“En nuestro propio grupo en el Imperial estamos tratando de explicar las anomalías de latido al ver modelos simples para el comportamiento de las células individuales en el músculo del corazón, y es posible que esto podría ser visualizado utilizando la impresión 3D. La mayoría de los modelos que representan la propagación de la enfermedad también podría ser visualizados”.

“Puede haber otros muchos ejemplos y sólo esperamos que nuestra traducción más literal del modelo teórico de salida de la impresora 3D estimule otros a ser creativo”, concluye Evans.

Enlace original: 3D printing used as a tool to explain theoretical physics

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