* 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.