En la Universidad de Iowa, puedes ver cómo funciona la gravedad jugando en la arena.

Los estudiantes de pregrado del Departamento de Física y Astronomía diseñaron y construyeron una caja de arena donde los usuarios pueden moldear su propio universo con arena y observar cómo la gravedad afecta a un objeto, una nave espacial o un cometa, por ejemplo, mientras viaja a través del entorno imaginado.

Financiado por una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF), la caja de arena de realidad aumentada, apodado "Gravbox, "es el primer sistema interactivo de este tipo que se utiliza para la astrofísica. Existen configuraciones similares para la geología y la ingeniería (el Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente y la Biblioteca de Ingeniería de Lichtenberger las tienen), pero los estudiantes de UI avanzaron el concepto para traer la gravedad, una fuerza invisible que no se explica ni se comprende fácilmente, a la vida.

"Creo que es increíble "dice Hai Fu, profesor asistente de física y astronomía, quien ganó los $ 405, 011 premio, parte de una solicitud NSF más amplia para financiar su investigación sobre lo que sucede cuando las galaxias chocan. "Los estudiantes construyeron todo desde cero".

Fu dice que la caja de arena se utilizará para enseñar principios fundamentales de física, como la dinámica gravitacional involucrada en la distribución de estrellas, las formas y la evolución de las galaxias, y más.

También planea mostrar la caja de arena a los clubes de astronomía de aficionados, como exposición en museos, y en programas de divulgación pública y demostraciones para niños, dirigido por Dale Stille, especialista en recursos educativos en el departamento.

El grupo está poniendo su software a disposición del público y está creando un sitio web con un tutorial para construir el sistema.

Fu presentó su idea en el otoño de 2016 a los 10 estudiantes de segundo año, juniors, y estudiantes del último año matriculados en su curso de dos semestres, Introducción a la Astrofísica. Tenía la intención de que el proyecto complementara lo que los estudiantes aprendieron en sus conferencias.

Les mostró un esquema del concepto en una pizarra el primer día de clase.

"Parecía imposible, "recuerda Sadie Moore, un estudiante senior de física y astronomía de Burlington, Iowa. "La idea fue sobrecogedora".

Sin inmutarse, los estudiantes se dividieron en tres equipos y se pusieron a trabajar.

Un equipo se concentró en diseñar e diseñar una estructura que pudiera contener 200 libras de arena. Los estudiantes cortan madera para la base en el taller de máquinas del departamento bajo la guía del maquinista jefe Brian Busch; ensambló y montó el soporte del proyector; y construyó un gabinete deslizable para guardar la computadora, tableta, y cables.

Todo el trabajo se realizó internamente, dice Ross McCurdy, miembro del equipo de construcción que se graduó de la UI en mayo de 2017 y es un estudiante de posgrado en el departamento de astronomía de la Penn State University.

"Pasamos de una cáscara vacía a una bonita, recinto seguro, " él dice.

Un segundo equipo se centró en diseñar un algoritmo para calcular la gravedad ejercida sobre el objeto mientras "viaja" en la caja de arena. Para lograr esto, los estudiantes desarrollaron software para calcular y calibrar la órbita del objeto a los cambios realizados en el entorno de la caja de arena. El equipo redujo de 3 minutos a menos de 1 segundo el tiempo que tarda el objeto en responder a un comando del usuario.

"Hay ese momento en el que reconoces que lo que has estado trabajando realmente ha dado sus frutos en un producto terminado, "dice Sophie Deam, un estudiante senior de física y astronomía de Ames, Iowa, y miembro del equipo del algoritmo de gravedad.

El tercer equipo se encargó de crear una interfaz para Gravbox. Después de diseñar una aplicación para Android, el grupo decidió concebir su propia exhibición instructiva. En un panel táctil montado en la caja de arena, los usuarios eligen el objeto que quieren viajar en su universo, dibuja una flecha para iniciar el viaje del objeto, y luego observe en un monitor superior y en la caja de arena cómo el paisaje que crean en la arena, el entorno espacial imaginario, altera la órbita del objeto.

"Es tocar y listo, "dice Erin Maier, un estudiante de física y astronomía de Hudson, Ohio, quien se graduó en mayo de 2017 y está inscrito en el Programa de Posgrado en Astronomía de la Universidad de Arizona.

"Ahora, formas que normalmente no ves en la naturaleza que puedes simular en la caja de arena, "agrega Zachary Luppen, un estudiante junior de física y astronomía de Fort Dodge, Iowa.

Los estudiantes trabajaron en el proyecto durante el año académico 2016-17. Pero se dieron cuenta de que todavía había algunos fallos en el funcionamiento de Gravbox. Entonces, un puñado se quedó durante el verano para seguir jugando; la colaboración duró hasta el otoño, pero a nadie pareció importarle.

"Fue interesante que, en cierto sentido, tuvieras que trabajar en equipo, "dice Mason Reed, un estudiante senior de física y astronomía de Independence, Iowa. "Eso te da una perspectiva de lo que sería trabajar en un grupo de investigación, averiguando cómo trabajar juntos, y encontrar el equilibrio adecuado ".

El mayor desafío varios estudiantes dicen, estaba asegurándose de que la caja de arena fuera útil e interesante tanto para niños como para adultos.

Lo que aprenderán personas de todas las edades los estudiantes esperan, es básicamente lo mismo.

"Esperamos dar vida al cosmos, "Dice Moore.