Εικονικά ταξίδια στο μικρόκοσμο

Εικονικά ταξίδια στο μικρόκοσμο

Πάνω: Ερευνητές μπορούν να «βυθιστούν» μέσα σε τρισδιάστατες απεικονίσεις πράσινων φωσφοριζoυσών πρωτεϊνών και άλλων μεγαλομορίων, που προβάλλονται στο σύστημα StarCAVE του πανεπιστημίου του Σαν Ντιέγκο. Αριστερά: Επιστήμονες «περιδιαβαίνουν» αρχαιολογικό χώρο στη Νότια Ιορδανία χρησιμοποιώντας ένα εικονικό ραβδί μέσα στο StarCAVE.

Ενα χειμωνιάτικο απόγευμα κάποιου από τα πρώτα χρόνια της δεκαετίες του 1860, ο Γερμανός χημικός Αύγουστος Κεκουλέ αποκοιμήθηκε μπροστά στη φωτιά και είδε -λέει η παράδοση- ένα πολύ ζωντανό όνειρο: Ατομα σχημάτιζαν αλυσίδα, παίρνοντας τη μορφή ενός φιδιού που έτρωγε την ουρά του. Ο Κεκουλέ υποστήριξε ότι αυτή η οπτικοποίηση των ζητημάτων που τον απασχολούσαν εκείνη την περίοδο τον βοήθησε να λύσει το μυστήριο της δακτυλιοειούς δομής του βενζολίου, ανακάλυψη που θεωρείται ένα από τα θεμέλια της σύγχρονης χημείας.
Σχεδόν 100 χρόνια αργότερα, ερευνητικές ομάδες στις δύο πλευρές του Ατλαντικού προσπαθούσαν να κατανοήσουν τη δομή του μορίου του DNA. Απέναντι στον Αμερικανό νομπελίστα Λίνους Πόλινγκ υπήρχε η βρετανική ομάδα από τους Φράνσις Κρικ και Τζέιμς Γουότσον, που διέθετε ένα κρυφό πλεονέκτημα: Τις καταγραφές κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ του μορίου του DNA, που είχε πραγματοποιήσει η Ρόζαλιντ Φράνκλιν. Η τεχνική της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ αποκάλυψε ότι το DNA αποτελείται από δύο συμπληρωματικές αλυσίδες, δύο συμπληρωματικά μακρομόρια νουκλεϊνικών οξέων, που συνδέονται με χημικούς δεσμούς σχηματίζοντας μια δομή σαν περιεστραμμένη σκάλα. Το πλεονέκτημα οπτικοποίησης του μορίου έκανε τη βρετανική ομάδα να κερδίσει την κούρσα.

Τα παραδείγματα αυτά -και πολλά άλλα ανάλογα- δείχνουν τη δύναμη της οπτικοποίησης, δηλαδή της δυνατότητας να «δει» κάποιος το αντικείμενο ενδιαφέροντος από διαφορετικές γωνίες, επιτρέποντας να απαλλαγεί από «βουνά» περιττών λεπτομερειών και να επικεντρώσει στην ουσία ζητημάτων που παρέμεναν αινίγματα ως εκείνη τη στιγμή. Σήμερα, στην εποχή των ισχυρών υπερυπολογιστών, όπου οι βάσεις δεδομένων έχουν μέγεθος τεραμπάιτ (τρισεκατομμύρια ψηφιολέξεις) ή πεταμπάιτ (τετράκις εκατ. ψηφιολέξεις), με χρήση των πολύπλοκων αλγορίθμων που έχουν αναπτυχθεί στο μεταξύ, οι επιστήμονες μπορούν να καταπιαστούν με προβλήματα που μέχρι πριν λίγα χρόνια θεωρούνταν άπιαστα. Καθώς η υπολογιστική δυνατότητα αυξήθηκε κατακόρυφα, επιταχύνοντας το ρυθμό των επιστημονικών ανακαλύψεων, βρεθήκαμε θαμμένοι σε μια χιονοστιβάδα πληροφοριών.
Η τεχνική της περιβάλλουσας τρισδιάστατης εικονικής πραγματικότητας μπορεί να βοηθήσει στην ανακάλυψη της ουσίας μέσα στην πλημμυρίδα επιστημονικών δεδομένων, όπου η ανθρώπινη νοημοσύνη από μόνη της δυσκολεύεται να βρει μοτίβα και σχέδια. Χρησιμοποιώντας υπολογιστική ισχύ για να μετατρέψουμε τα αριθμητικά δεδομένα σε κάτι που μπορεί κανείς να το δει και να το ακούσει, τα δεδομένα αυτά γίνονται πιο εύκολα κατανοητά. Ετσι οι επιστήμονες μπορούν τώρα να εργαστούν με τα δεδομένα χρησιμοποιώντας τρόπους αντίληψης και χειρισμού των αντικειμένων τους ανάλογους με αυτούς, που χρησιμοποιούν οι καλλιτέχνες.
Αυτοί οι ηλεκτρονικά προσομοιωμένοι κόσμοι εικόνας και ήχου αποβάλλουν μεγάλο μέρος από το θόρυβο των πρωτογενών δεδομένων και επιτρέπουν στους ερευνητές να συνθέσουν, να χειριστούν και να αναλύσουν μεγάλες ποσότητες πληροφοριών με τρόπο που είναι πιο εύκολο να κατανοήσουν και αφομοιώσουν, δίνοντάς τους τη δυνατότητα ενόρασης της μεγάλης εικόνας και του τρόπου που κάθε επιμέρους κομμάτι ταιριάζει σ' αυτή. Λειτουργούν σαν ένα είδος τηλεσκοπίου, που όμως μπορεί από τη μια στιγμή στην άλλη να μετατραπεί σε μικροσκόπιο.
Η συγκέντρωση μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων επιτρέπει να αναδυθούν μοτίβα και τάσεις που δεν είναι προφανή σε μικρές, ξεχωριστές μελέτες. Το 2013 χρειάστηκε η επεξεργασία από ειδικούς αλγορίθμους πολλών τεραμπάιτ δεδομένων, για να εντοπιστεί η χαρακτηριστική υπογραφή αρκετών μποζονίων Χιγκς, επιτρέποντας στους φυσικούς να κάνουν μια σημαντική ανακάλυψη. Στο χώρο της ιατρικής έρευνας, οι επιστήμονες επεξεργάζονται δισεκατομμύρια διακριτές πληροφορίες από εκατομμύρια ασθενείς, αναζητώντας γενετικές μεταλλάξεις που κάνουν τους ανθρώπους ευάλωτους σε ασθένειες όπως ο διαβήτης, οι καρδιοπάθειες και ο καρκίνος. Συνδυάζουν αυτές τις πληροφορίες με ακολουθίες από τις πρωτεΐνες που συνθέτουν αυτά τα κομμάτια DNA (γονίδια). Τα συμπεράσματα χρησιμοποιούνται για να παραχθούν πιο στοχευμένες θεραπείες και πιο ακριβείς διαγνωστικές μέθοδοι, χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικά βιομόρια στο αίμα, το σάλιο ή τα ούρα του ασθενή, που σηματοδοτούν την παρουσία της νόσου.
Τα συστήματα περιβάλλουσας τρισδιάστατης εικονικής πραγματικότητας, σαν αυτά που παρουσιάζονται σε αυτήν τη σελίδα, επιτρέπουν στους επιστήμονες να παρακολουθήσουν την ανάπτυξη όγκων, να δουν τα μόρια να συνδέονται μεταξύ τους αλλά και να παρατηρήσουν φαινόμενα του μακρόκοσμου, αλληλεπιδράσεις ουράνιων σωμάτων, αστροφυσικές διεργασίες κτλ. Πρωτόλειες μορφές τέτοιων εικονικών περιβαλλόντων υπάρχουν από τη δεκαετία του 1990, αλλά με τη σημερινή τεχνολογία οι ερευνητές μπορούν να «βυθιστούν» μέσα σε πιο ρεαλιστικούς κόσμους, όπου η απεικόνιση γίνεται με πολύ μεγαλύτερη ανάλυση. Χρησιμοποιούνται από την ιατρική και τη φυσική, ως την περιβαλλοντολογία, τη μηχανική και την αρχαιολογία, σε πανεπιστήμια, κρατικές υπηρεσίες και στη βιομηχανία, σε πολλές χώρες του κόσμου. Ενδιαφέρον έχει δείξει και το Χόλιγουντ στο πλαίσιο των αναζητήσεων για την επόμενη γενιά τηλεόρασης υπερυψηλής ανάλυσης και τρισδιάστατης προβολής κινηματογραφικών ταινιών.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Discover»