Какой звук издает дерево, напечатанное на 3D-принтере таким образом, чтобы продемонстрировать сложные системы в теоретической физике? Вероятно, что-то очень похожее на звук любого объекта, напечатанного на 3D-принтере. Звук тут не главное! Важно то, что 3D-печать снова доказала свою полезность для создания моделей подробных научных и математических явлений, поскольку исследователи из Имперского колледжа Лондона использовали эту технологию для иллюстрации поведения сложных систем в теоретической физике.
В исследовании, опубликованном в EPL, исследователи из Имперского колледжа разработали подход под названием «Sculplexity», при котором сложные системы можно визуально изображать с помощью 3D-печатных моделей. Примерно за 15 евро и примерно за 8 часов группа смогла напечатать на 3D-принтере один пример сложной системы, 8-сантиметровую 3 модель того, как начинаются лесные пожары. и распространяться во времени.
Доктор. Тим Эванс, соавтор исследования, объяснил, что идея возникла из напечатанного на 3D-принтере стола, который он видел в Музее Виктории и Альберта: «Работа была вдохновлена посещением Музея Виктории и Альберта в Лондоне, куда я приехал через первый в истории объект, напечатанный на 3D-принтере, который приобрел музей. Объект представлял собой стол, вдохновленный древовидными структурами, встречающимися в природе, что является примером ветвящегося процесса, который обычно встречается в сложных системах в теоретической физике. Это натолкнуло меня на мысль, какие еще процессы, знакомые физике, можно было бы превратить в 3D-печатный объект?”
Сложная система - это система, в которой взаимосвязанные части изменяют друг друга с течением времени таким образом, что обнаруживаются закономерности в большом масштабе. Живые существа представляют собой сложные системы, в которых поведение клеток взаимодействует таким образом, что при уменьшении масштаба вы видите живое, корчащееся существо. Примеры включают: ты, я, фрукт, ну вы поняли. Модели сложных систем создаются путем установки частей в базовое состояние, которые изменяются во времени в соответствии с набором правил. В случае лесного пожара общее распространение пламени определяется близостью каждого дерева к каждому другому дереву. Эванс и его группа смогли представить рост пожара с помощью измерения Z, представляющего время,
Основная идея проста. 3D-принтер создает свой объект слоями. Таким образом, высоту объекта можно рассматривать как время. Предположим, у вас есть математическая модель, определяющая плоское двухмерное изображение, которое развивается во времени - обычно это будет сетка, в которой некоторые квадраты заполнены, а некоторые - пусты. Математическая модель будет определять в каждый момент времени, что принтер должен печатать на одной высоте. Следующий шаг в модели определит, что печатать поверх первого слоя и так далее. Результатом является трехмерный объект, который показывает, как математическая модель менялась с течением времени.
В результате получается черный объект, который держит Эванс на картинке выше. Он начинается как точка, растет вверх и со временем разветвляется наружу. Этот трехмерный граф-объект может позволить учащимся уникальным образом понять сложные системы. Доктор Эванс предположил, что 3D-печатные модели аномалий сердечного ритма и распространения болезней могут помочь другим визуализировать такие явления по-другому, говоря: «Может быть много другие примеры, и мы просто надеемся, что наш довольно буквальный перевод от теоретической модели к выходным данным 3D-принтера стимулирует других к творчеству.”
Не знаю, знают ли они об этом, но я печатал на 3D собственные модели сложных систем: жену напечатал.