Eche un vistazo al interior de la llama de una vela parpadeante con estas formas impresas en 3D

físico del siglo XIX Michael Faraday Fue conocido no solo por sus contribuciones experimentales fundamentales al electromagnetismo, sino también por su discurso público. para él Conferencias Anuales de Navidad En la Institución Real continúa hoy una tradición navideña. Una de sus conferencias navideñas más famosas fue sobre el tema. La historia química de la vela.. Faraday hizo sus puntos con un experimento simple: colocó una vela dentro del vidrio de la lámpara para bloquear la brisa y lograr una «llama silenciosa». Faraday luego demostró cómo la forma de la llama se balanceaba y cambiaba en respuesta a las perturbaciones.

“No debes imaginar, porque ves todas estas lenguas a la vez, que la llama tiene esta forma especial”, señaló Faraday. «Una llama de esta forma nunca existe en ningún momento. Nunca hay un cuerpo de llama, como el que he visto surgir de una bola, en la forma en que se les aparece a ustedes. Tiene tantas formas diferentes, y se cruzan tan rápidamente que el ojo no puede reconocerlos Todos excepto una vez».

Ahora, los investigadores del MIT han llevado el sencillo experimento de Faraday al siglo XXI. Marcus Boehler y el posdoctorado, Mario Milazzo, combinaron imágenes de alta resolución con aprendizaje automático profundo para… sonificar un quemador de velas. Luego usaron esa llama única como bloque de construcción básico, creando «música» a partir de su débil dinámica y diseñando nuevas estructuras que podrían imprimirse en 3D en objetos físicos. Buehler describió este y otros trabajos relacionados en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física la semana pasada en Chicago.

como somos mencioné anteriormenteBuehler se especializa en desarrollar modelos de inteligencia artificial para diseñar nuevas proteínas. Quizás sea mejor conocido por usar la sonicación para iluminar detalles estructurales que de otro modo podrían ser difíciles de alcanzar. Buehler descubrió que los elementos jerárquicos de la composición musical (tono, escala, dinámica, ritmo) son similares a los elementos jerárquicos de la estructura proteica. Al igual que la música contiene un número limitado de notas y cuerdas y usa diferentes combinaciones para componer música, las proteínas contienen un número limitado de componentes básicos (20 aminoácidos) que pueden combinarse de muchas maneras para crear nuevas estructuras de proteínas con propiedades únicas. Cada aminoácido tiene una firma acústica especial que se asemeja a una huella dactilar.

Hace varios años, Buehler dirigió un equipo de científicos del MIT Determinación de Estructura Molecular de proteinas en seda de araña Hilos de teoría musical para producir La «voz» de seda. La esperanza era crear una nueva forma radical de crear proteínas de diseño. este trabajo Quizás Exposición de arte acústico, «Spider’s Canvas» en París en 2018. El artista Tomas Saraceno trabajó con ingenieros del MIT para crear un instrumento interactivo similar a un arpa inspirado en una cuadrícula. Cyrtophora citricula La araña, con cada hebra de la ‘telaraña’ configurada en un tono diferente. Combine estas notas en diferentes estilos en una estructura web 3D y podrá crear melodías.

en 2019El equipo de Buehler ha desarrollado un sistema más avanzado para hacer música a partir de una estructura de proteína y luego volver a encender la música para crear nuevas proteínas que no se encuentran en la naturaleza. El objetivo era aprender a crear telarañas artificiales similares y otras estructuras que imitaran el proceso de la araña. En 2020, el equipo de Buehler aplicó el mismo enfoque para modelar las propiedades vibratorias de la proteína espiga responsable de tasa de transmisión de infecciones del nuevo coronavirus (SARS-CoV-2).

Buehler pensó que este enfoque podría extenderse lo suficiente para estudiar el fuego. «El fuego, por supuesto, está en silencio», dijo en una conferencia de prensa. Sin embargo, «El fuego tiene todos los artículos De filamento vibrante o molécula vibrante pero con un patrón dinámico interesante. Si pudiéramos oírlos, ¿cómo sonarían? ¿Podemos encarnar el fuego? ¿Podemos ir más allá para generar materiales bioinspirados que realmente puedas sentir y tocar? «

Al igual que Faraday hace siglos, él y Milazzo comenzaron con un experimento simple que involucraba la llama de una sola vela. (Un incendio más grande tendría tanta turbulencia que sería computacionalmente muy difícil, pero se puede pensar en una sola llama como un bloque de construcción básico para un incendio). Los investigadores encendieron una vela en un ambiente controlado, sin movimiento de aire o cualquier otra cosa externa. Señales – Llama tranquila de Faraday. Luego reprodujeron sonidos de un altavoz y usaron una cámara de alta velocidad para capturar cómo las llamas parpadeaban y se distorsionaban con el tiempo en respuesta a esas señales de audio.

«Hay distintas formas creadas por esto, pero no siempre son las mismas formas», dijo Buehler. “Este es un proceso dinámico, así que lo que ves [in our images] Esto es solo una instantánea. De hecho, hay miles y miles de imágenes para cada predicción de una señal de audio: un círculo de fuego. «

Él y Milazzo luego entrenaron una red neuronal para clasificar las señales de audio originales que crearon la forma específica de la llama. Efectivamente sonicaron las frecuencias vibratorias del fuego. Cuanto más violentamente se desvía la llama, más dramáticamente cambiará la señal de sonido. Una antorcha se convierte en una especie de instrumento musical, que podemos «tocar» exponiéndola a corrientes de aire, por ejemplo, para hacer que la llama parpadee de cierta manera: una forma de composición musical.

«El fuego es vibracional, rítmico, repetitivo y en constante cambio, y eso es lo que caracteriza a la música». Buehler dijo. «El aprendizaje profundo nos ayuda a extraer datos y patrones específicos de fuego, y al usar diferentes patrones en el fuego, puedes crear esta orquesta de diferentes sonidos».

Buehler y Milazzo también utilizaron diferentes formas de llamas intermitentes como bloques de construcción para diseñar nuevas estructuras en una computadora y luego imprimirlas en 3D. «Es un poco como una llama de fuego congelada en el tiempo y poder mirarla desde diferentes ángulos». Buehler dijo. «Puedes tocarlo y rotarlo y la otra cosa que puedes hacer es mirar dentro de las llamas, algo que ningún ser humano ha visto jamás».