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Logran construir un objeto físico que reproduce un modelo teórico de la Física gracias a una impresora 3D

Logran construir un objeto físico que reproduce un modelo teórico de la Física gracias a una impresora 3D

  Los investigadores han demostrado con éxito que los sistemas teóricos complejos de la física pueden ser transformados con éxito en objetos físicos gracias a las impresoras 3D. Imagen cortesía de Imperial College London/EPL.


 

El proyecto del Imperial College reproduce cómo se inició un incendio forestal y en qué direcciones se extenderá con el paso del tiempo.

Muy pronto los estudiantes podrán tener al alcance de su mano y llegar a tocar algunos de los conceptos teóricos que les enseñan en sus clases de Física gracias a una nueva idea desarrollada por un grupo de investigadores del Imperial College de Londres. En un estudio publicado esta semana por el periódico EPL, los científicos han demostrado con éxito cómo complejas teorías físicas pueden ser transformadas en objetos físicos utilizando una impresora 3D para ello.

En sólo ocho horas, y con un coste aproximado para el total de la operación de unos 15 euros, fueron capaces de emplear una impresora 3D disponible en el mercado para crear su propio objeto 8 cm3, basado en un modelo matemático que describe cómo el fuego de los bosques pudo iniciarse y de qué modo se extendería con el tiempo.

Los investigadores han etiquetado esta aproximación como ‘Sculplexity’ (como mezcla de los términos escultura –Sculpture– y complejidad –Complexity-) y creen que también podría ser utilizada para la producción de obras basadas en la ciencia, o para transformar el modo por el que las ideas y los conceptos son presentados y discutidos dentro de la comunidad científica.

“La inspiración del trabajo –revela el Doctor Tim Evans, coautor del estudio y físico teórico en el Imperial College– me vino durante una visita al Victoria and Albert Museum de Londres en la que pude ver el primer objeto realizado con una impresora 3D adquirido por este centro de arte. Se trataba de una mesa basada en las estructuras con forma de árbol que se encuentran en la naturaleza, lo que es un ejemplo del proceso de ramificación que se encuentra en los sistemas complejos de la Física teórica. Esto me condujo a pensar acerca de qué otros procesos familiares a ese en la Física podrían transformarse en objetos impresos en 3D”.

Los sistemas complejos están integrados por muchas partes que interactúan en muchas escalas de ocasiones y tamaños, y que muestran un comportamiento coherente y un cierto patrón en su escala global. Un ser vivo es el mejor ejemplo de un sistema complejo, en el muchas pequeñas partes –en este caso el proceso molecular de las células- interactúan entre ellas para contribuir a un proceso mucho mayor dentro de un tamaño macroscópico.

Las interacciones que se producen en muchos sistemas complejos pueden ser descritas dentro de una rejilla bidimensional dividida en cuadrados idénticos, o celdillas. Cada una de esas celdas puede existir de un modo determinado y evolucionar a lo largo del tiempo dentro de un proceso que está gobernado por un conjunto de normas ya fijadas.

En su estudio, los investigadores han utilizado un fuego forestal como ejemplo en el que cada celdilla está representada por un árbol que puede estar vivo, muerto o ardiendo. El estado exacto de cada una de las casillas ocupadas a lo largo del tiempo depende de un conjunto de reglas que tienen en cuenta la proximidad de esa celdas respecto a otras que podrían estar ardiendo o si fueron atacadas por el fuego.

“La idea básica era simple –continúa el Doctor Evans-: una impresora 3D construye objetos a partir de la superposición de láminas. Por tanto, obtener un objeto de gran tamaño es una cuestión exclusivamente de tiempo. Supongamos que tenemos un modelo matemático que define un apartamento, un dibujo bidimensional que evoluciona con el tiempo, lo que sería de forma estándar una rejilla con algunas casillas llenas y otras vacías. El modelo matemático definirá en cada momento lo que la impresora debe imprimir en una altura. El paso siguiente volverá a definir que se superpone a esa primera impresión, y así continuará en los posteriores. El resultado es un objeto en 3D que muestra cómo ha evolucionado el modelo matemático a lo largo del tiempo”.

En cualquier caso, el modelo final creado por los científicos no estaba exento de pequeños errores, no obstante lo cual, el Doctor Evans cree que es esta experiencia la que les ha permitido identificar los obstáculos, formular soluciones e inspirar a la comunidad física para que sea creativa.

“En nuestro propio grupo del Imperial College estamos intentando explicar las anomalías en los latidos observando modelos simples del comportamiento de células individuales en el músculo cardiaco, lo que sería factible de ser visualizado gracias a una impresora 3D. La mayoría de los modelos que representan la difusión de las enfermedades también podrían ser visualizables con este proceso. Y estamos seguros de que hay muchos otros ejemplos –concluye Evans-, lo que deseamos es que nuestra traslación literal del modelo teórico a la impresión 3D estimule a otros científicos para que sean creativos en sus búsquedas”.
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