Скоро у школьников появится возможность прикоснуться к теоретическим концепциям, которые они изучают на уроках физики, при помощи 3D печати.

Вид сверху на итог проекта Sculplexity. Исследователи удачно показали, каким образом сложную теоретическую физику можно конвертировать в реальный объект при помощи 3D принтера. Фото: Имперический институт Лондона

Основываясь на математической модели, описывающей причину вероятного возгорания леса и распространение пожара, они сделали объект объемом 8 см3 всего за 8 часов. Это обошлось им в 12 фунтов. Исследователи окрестили подход «Sculplexity», что по отдельности значит в переводе «скульптура и сложность». Вдохновение пришло после того, как доктор Том Эванс посетил Музей Виктории и Альберта в Лондоне, где он в первый раз увидел 3D печатный объект, обретенный музеем.

Стол Fractal.MGX, разработанная WertelOberfell и Матиасом Бар. Фото: Стефан Бриолант (фото является собственностью WertelOberfell).

«Это была таблица, воодушевленная деревоподобными стуктурами, встречающимися в природе, которая является примером процесса разветвления, что обычно встречается в сложных системах теоретической физики. Это принудило меня задуматься, какие еще процессы, связанные с физикой, можно конвертировать в 3D печатную модель? Каким образом можно выполнить схожее преобразование? Есть ли у инструмента, 3D принтера, ограничения относительно типа математической модели, которую мы можем использовать?» — произнес доктор Эванс.

Сложные системы, к примеру, живой организм, состоят из большого огромного количества частей, взаимодействующих в почти всех временных и пространственных масштабах и демонстрирующих когерентное поведение, также определенные закономерности в огромных масштабах. До сего времени исследователи лицезрели эти математические модели визуализированными только при помощи двумерных представлений, время от времени даже без использования разных ракурсов, чтоб сделать эффект 3D объекта. Создание 3D печатного объекта открывает неизведанную ранее местность.

В собственном исследовании ученые использовали лесной пожар в качестве примера, где каждый элемент представлял дерево, которое могло быть живым, мертвым либо окутанным огнем. Каждый элемент может существовать в определенном состоянии и меняется с течением времени, процесс регулируется определенным набором правил.

«Основная мысль очень обычная – 3D принтер выстраивает объект слой за слоем. Потому высоту объекта можно поменять с течением времени. Представим, у вас есть математическая модель, определяющая плоское, двухмерное изображение, изменяющееся во времени – часто это будет сетка, в какой одни ячейки заполнены, а другие пустые».

«Математическая модель обусловит, в какой точке на этот момент должен печатать 3д принтер на данной высоте. Потом, на последующем шаге, обусловит, что необходимо напечатать поверх предшествующего слоя и т.д.. В итоге получаем 3D объект, показывающий, как развивалась математическая модель во времени», — продолжил доктор Эванс.

Окончательная модель, которую сделали исследователи, была не без изъянов. Но доктор Эванс верует, что схожий опыт позволил им найти трудности, сконструировать решения и воодушевить физиков на то, чтоб стать креативными.

«В нашей своей группе в Империал мы пытаемся разъяснить аномалии сердцебиения, следя за ординарными моделями поведения отдельных клеток в сердечной мышце – может быть, это можно будет визуализировать при помощи 3D печати. Основную часть моделей, представляющих распространение болезней, также можно визуализировать.

«Вероятно, существует много других вероятных примеров, и мы просто возлагаем надежды, что наш буквальный переход от теоретической модели к 3D печатному результату выступит стимулом для других, чтоб стать креативными», — подытожил доктор Эванс. Их научная работа размещена сейчас в журнальчике European Physics Letters.