• En el Instituto de Física, Jorge García
Macedo encabeza un proyecto que, con una computadora personal
y un proyector, recrea estructuras tridimensionales de materiales
diseñados a escala nanométrica
• El dispositivo, que simplifica atmósferas de inmersión
como la del Observatorio de Visualización, es útil
para visualizar experimentos y hacer videojuegos didácticos
Con una computadora personal y un proyector
de imágenes, Jorge García Macedo, investigador del Instituto
de Física (IF) de la UNAM, y su equipo de estudiantes universitarios,
han desarrollado un sistema en tercera dimensión para la enseñanza
de las nanociencias, que recrea las estructuras moleculares y atómicas
de diversos materiales producidos en la escala nanométrica.
A este sistema lo denomina “Ixtli 3De portátil”.
El dispositivo, que simplifica atmósferas
de inmersión como la del Observatorio de Visualización,
permite “ver” en las recreaciones cómo serían
las estructuras de compuestos y materiales, así como las posibles
combinaciones y acomodos entre sus componentes.
Útil para visualizar experimentos,
difundir información científica y hacer videojuegos
didácticos que involucren a niños y jóvenes con
la ciencia, tiene la ventaja de atraer y sorprender visualmente a
los usuarios, además de ser interactivo, señaló
García Macedo, en entrevista.
Visión estereoscópica
Hace cuatro años, el investigador
decidió desarrollar material en tercera dimensión, como
la que vemos en algunas películas y nos atrae si observamos
imágenes que no sólo permanecen en el plano de la pantalla,
sino que se mueven hacia adentro o hacia afuera.
“Esto es algo artificioso, porque nada
sale de la pantalla, lo que sucede es que nuestra visión es
estereoscópica, los dos ojos nos permiten ubicar los objetos
en el espacio y no verlos sólo en un plano, sino con volumen”,
explicó.
Para simular un objeto con volumen en una
pantalla plana, se aprovecha la permanencia de las imágenes
en la retina, donde continúan aunque cerremos los ojos después
de mirarlas.
“Si vemos un objeto alternadamente
con uno y otro ojo, cada uno tiene una perspectiva distinta, debido
a la angulación, y eso da volumen. La forma de producir artificialmente
esa tercera dimensión es con el envío de imágenes
izquierda y derecha a nuestros ojos, y aunque tengamos ambos abiertos,
hay una que llega al ojo derecho y no al izquierdo, y viceversa. Si
esto se alterna a una velocidad rápida, la permanencia hace
que las veamos como si tuvieran tercera dimensión”, precisó.
La alternancia para crear ese efecto se ha
ensayado con varias técnicas, recordó. Una de ellas
utilizó filtros de color, lentes de un lado rojo y del otro
azul, que enfatizaban imágenes diferenciadas en ambos tonos,
y así generaban el volumen, aunque con ciertas sombras.
Después se desarrollaron polarizadores,
diferenciados para cada ojo, que aumentaron la capacidad de discriminación
y mejoraron la presentación estereoscópica, y el volumen
en el espacio. “Generalmente eran polarizadores lineales, pero
ya se usan en las salas de cine otros circularmente polarizados a
la izquierda y a la derecha, en los que la luz gira en un sentido
si pasa por ellos, y optimiza la imagen”, acotó.
Lo más actual son los lentes con cristal
líquido (LCD), o activos, que opacan el paso de la luz que
no le corresponde a un ojo al cerrar el paso con la aplicación
de un campo eléctrico. No se puede ver la imagen que no esté
en sincronía, es muy rápida y alterna unas 24 tomas
por segundo para cada ojo, que no tienen bordes y vuelven más
nítida la tercera dimensión.
Ver, interactuar y ensayar
Interesado en la tercera dimensión
estereoscópica (3De) para lograr un diseño propio con
aplicaciones en docencia y divulgación científica, García
Macedo tomó cursos en la Dirección General de Cómputo,
y junto con su equipo de trabajo, investigaron por su cuenta el desarrollo
de material en 3De para su visualización en el Observatorio
de Visualización Ixtli de la UNAM, espacio único de
inmersión que genera este tipo de imágenes para uso
científico.
“La sala Ixtli está muy ambientada,
en ella unas 40 personas pueden vivir la experiencia de la tercera
dimensión e interactuar con ésta. Es fantástico
lo que se puede lograr, pero obliga a tener un equipo muy costoso
en un sitio específico. Pensé en cómo podría
sacar el sistema de ese espacio y llevarlo a otros más sencillos,
para compartir con más personas. Desde que lo vi, pensé
que pudiera ser multiplicativo, que pudiera tenerlo en mi laboratorio
sin el equipo que hay ahí”, dijo.
El reto para reproducir la tercera dimensión
sin equipos tan sofisticados requirió ensayar durante cuatro
años con infraestructura modesta que no redujera la calidad
de los resultados.
La creación de material de este tipo,
y su fácil distribución a través de Internet,
permite que la labor realizada sea accesible desde cualquier lugar
y en cualquier momento, siempre y cuando se cuente con un equipo “Ixtli
3De portátil”. “Esto, a corto plazo, aumentará
la eficiencia del trabajo, dado que el material digital se vuelve
más fácil de mejorar y actualizar. Tenemos en mente
elaborar un acervo de material ilustrativo y didáctico, al
que pueda tener acceso cualquier institución educativa, incluso
hacer su visualización factible en televisiones 3D”,
indicó.
“En física y matemáticas
desarrollamos modelos difíciles de explicar a los alumnos,
porque requieren integrar un conjunto de ideas para entenderlos. Por
ejemplo, los fulerenos, arreglos de átomos de carbono de forma
muy específica, tienen estructuras de pelota de futbol y tubos
de carbono de doble capa, que generan propiedades increíbles
y pueden verse con este tipo de recreaciones en tercera dimensión”,
comentó.
O el grafeno, del que se estudian sus propiedades
con la consideración de su arreglo cristalino, escaso en la
naturaleza. “En vez de imaginar tres o cuatro pelotitas que
representan átomos que forman estas estructuras, con imágenes
en tres dimensiones podemos simular cientos de átomos y su
acomodo en el espacio, y los podemos ver, de modo que se pasa de lo
abstracto a lo concreto”, destacó.
En las nanociencias, donde García
Macedo desarrolla su principal línea de investigación,
este tipo de sistemas son útiles para recrear estructuras tan
pequeñas como un nanómetro, equivalente a la milésima
parte de un cabello humano, que no se puede mirar con microscopios
ópticos.
“Además de “ver”
una estructura nanométrica, con este sistema se puede mover
y manipular. Así, se facilita entender sus diferentes propiedades,
lo que ayuda a los estudiantes a interesarse en las nanociencias”,
consideró el universitario, que en su laboratorio desarrolla
películas de óxidos a partir de reactivos líquidos,
dentro de las que hay muchas estructuras a nivel nano.
“Adentro de la película puedo
ordenar las moléculas para que se formen estructuras, moléculas
orgánicas que constituyen tubos de cuatro nanómetros
de diámetro, y también planos con esta misma separación”,
detalló el experto, que trabaja en la frontera entre la física
y la química.
Convencido de que una imagen dice más
que mil palabras, desarrolla con este sistema en tercera dimensión
simulaciones de cristales, celdas que se convierten en redes geométricas,
y diversos arreglos para diseñar estructuras de materiales.
En su proyecto, participan Erick Prieto y
Juan Luis Manríquez, físicos, y José Luis Mendoza
y Fabián Jaramillo, ingenieros en computación, además
de colegas que desarrollan la nanociencia detrás de los modelos,
como Alfredo Franco, del IF, y Guadalupe Valverde, que se formó
en la misma entidad, pero trabaja en el Instituto Politécnico
Nacional.
“Este sistema tiene un enorme potencial,
sirve para entrenar a neurocirujanos, para difundir nanociencia entre
los estudiantes y para ensayar experimentos. Incluso, puede servir
como diversión, y pensar en el diseño de videojuegos
didácticos, donde los usuarios puedan interactuar”, concluyó
García Macedo, quien requiere inversionistas dispuestos a impulsar
este proyecto.
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