Il programma di realtà virtuale per imparare la chimica in 3d

La chimica è un argomento che richiede un apprendimento pratico, non solo libri. Per imparare come funzionano le molecole, per anni gli studenti di chimica hanno manipolato i modelli fisici di quelle molecole, scalate centinaia di volte. Secondo un gruppo di ricercatori britannici, tuttavia, questi modelli molecolari non sono sufficienti per convincere gli studenti a capire veramente il loro materiale. I modelli non sono in grado di mostrare come le molecole funzionano in modo dinamico; non possono mostrare il movimento o la flessibilità delle molecole, quindi gli studenti devono immaginare come potrebbero apparire in movimento. In anni più recenti, i metodi di insegnamento si sono evoluti in qualche modo, con applicazioni informatiche che consentono agli studenti di guardare e manipolare le molecole sullo schermo, ma i ricercatori sostengono che anche quei metodi sono insufficienti, senza un vero approccio pratico.

Pertanto, i ricercatori hanno creato un sistema di realtà virtuale che è in grado di mostrare come esistono molecole complesse nello spazio 3D. Gli utenti possono persino manipolare fisicamente le molecole per conoscere meglio le loro proprietà. La ricerca è pubblicata in un documento intitolato “Campionamento di conformazioni e dinamiche molecolari in un framework di realtà virtuale multiutente”, a cui è possibile accedere qui .

Il nuovo sistema consente agli utenti di ottenere la co-locazione, un fenomeno in cui le interazioni in uno spazio fisico reale 3D si allineano con le interazioni in un ambiente 3D simulato. Il sistema è basato su cloud, il che significa che i dati utilizzati nelle simulazioni possono essere costantemente aggiornati e migliorati, anche se il sistema è in uso.

Sei persone possono utilizzare il sistema allo stesso tempo, sia che si trovino nella stessa stanza o in diverse parti del mondo. I controller wireless si comportano come pinzette, consentendo agli utenti di afferrare le molecole e le loro parti. Per testare il sistema, i ricercatori hanno chiesto a 32 volontari di svolgere tre diversi compiti: manipolare una molecola di metano attraverso un nanotubo di carbonio, manipolare una molecola di helicene organico per cambiare il suo orientamento e legare un nodo in un polipeptide. Nessuno dei volontari aveva mai usato un sistema di realtà virtuale prima, ma erano tutti in grado di usare questo a vari livelli. Preferivano anche il sistema agli altri, come i touchscreen. Altri test hanno dimostrato che il sistema era in grado di far sì che due persone lanciassero un buckyball molecolare avanti e indietro attraverso una stanza reale.

“Descriviamo un framework per le dinamiche molecolari interattive in un ambiente di realtà virtuale multiutente (VR), combinando rigorose simulazioni di fisica atomica cloud-mounted con hardware di commodity VR … Permette agli utenti di visualizzare e campionare, con precisione a livello atomico, le strutture e le dinamiche di strutture molecolari complesse “al volo” e di interagire con altri utenti nello stesso ambiente virtuale “, affermano i ricercatori. “… Questo quadro dovrebbe accelerare i progressi nelle aree di ingegneria molecolare su scala nanometrica, compresa la mappatura conformazionale, lo sviluppo di farmaci, la biologia sintetica e la progettazione del catalizzatore. Più in generale, i nostri risultati evidenziano il potenziale della VR in ambiti scientifici in cui le dinamiche tridimensionali sono importanti, tra cui la ricerca e l’istruzione “.
Gli autori del documento includono Michael O’Connor, Helen M. Deeks, Edward Dawn, Oussama Metatla, Anne Roudaut, Matthew Sutton, Lisa May Thomas, Becca Rose Glowacki, Rebecca Sage, Philip Tew, Mark Wonnacott, Phil Bates, Adrian J Mulholland e David R. Glowacki.

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