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    VR技術(shù)與化學(xué)碰撞的火花

    時間:2019-06-12 00:00:00

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    來源:

    欄目:虛擬現(xiàn)實

    導(dǎo)讀:VR結(jié)合醫(yī)學(xué)早已不是什么新鮮事。從VR心臟模型、VR醫(yī)療平臺到模擬手術(shù)機器人,VR已經(jīng)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了眾多便利。而比較近,科學(xué)家們更是利用VR觀察分子結(jié)構(gòu),以研發(fā)各種藥物。相信很多人在學(xué)生時代,對化學(xué)這門課程都“聞聲色變”...

    VR結(jié)合醫(yī)學(xué)早已不是什么新鮮事。從VR心臟模型、VR醫(yī)療平臺到模擬手術(shù)機器人,VR已經(jīng)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來了眾多便利。而比較近,科學(xué)家們更是利用VR觀察分子結(jié)構(gòu),以研發(fā)各種藥物。

    相信很多人在學(xué)生時代,對化學(xué)這門課程都“聞聲色變”。畢竟,這是一門需要實踐學(xué)習(xí)的學(xué)科,僅僅只是課本知識是無法真正學(xué)好它的,因此多年來無論學(xué)生或是老師都一直在使用那些放大了數(shù)百倍的分子模型進行教學(xué)。

    在虛擬世界中,科學(xué)家能夠近距離地親眼觀察他們設(shè)計的藥物結(jié)構(gòu),而且可以用手觸碰懸浮在他們面前的虛擬分子,跟分子結(jié)構(gòu)親密“互動”,以查看更多細節(jié)。

    然而,根據(jù)一組英國研究人員的比較新分析結(jié)果,這些分子模型根本不足以讓學(xué)生們真正理解他們所學(xué)習(xí)的學(xué)科教材。此外,這些模型也根本無法展示出分子之間是如何工作的,更無法顯示分子之間的運動或靈活性,所以學(xué)生們在學(xué)習(xí)化學(xué)時不得不想象它們相互運動時的樣子。
     
    近年來,隨著教學(xué)方法的不斷發(fā)展與改進,或許電腦應(yīng)用程序可以幫助學(xué)生們在屏幕上觀看和操縱分子之間的運動,但研究人員仍認為這樣的方法仍彌補不了學(xué)生們無法親自動手的缺陷。
     
    隨著VR技術(shù)的普及與逐步完善,研究人員為此創(chuàng)建了一套VR系統(tǒng),能夠在虛擬空間中將復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)顯示出來。此外,用戶甚至可以對分子進行物理操作,以便更好地了解它們的屬性。
     
    據(jù)介紹,該系統(tǒng)可允許用戶實現(xiàn)協(xié)同定位,這是一種在真實3D物理空間中與虛擬環(huán)境下的交互保持一致的概念。此外,該系統(tǒng)是基于云計算的,這意味著用戶在進行教學(xué)的同時,模擬器中的數(shù)據(jù)也可以不斷地更新。
     
    另外,該教學(xué)系統(tǒng)比較多可支持六個人同時使用,無論他們是在同一個教室中還是在世界的不同地方。而用戶可以將控制器視為鑷子,抓取分子或其他化學(xué)結(jié)構(gòu)。為了測試該系統(tǒng),研究人員還招募了多達32名志愿者進行測試,并完成三項不同的測試任務(wù):通過碳納米管操縱一個甲烷分子、操縱一個有機螺旋體分子來改變它的方向、在多肽上打一個結(jié)。
     
    此前,這些志愿者都沒有接觸過VR技術(shù),但實驗證明他們都可以在很短的時間內(nèi),不同程度上的掌握這個系統(tǒng)?;瘜W(xué)VR / 3D實驗室以“核心素養(yǎng)”為指導(dǎo),為老師和學(xué)生提供了與化學(xué)教學(xué)新課標知識點同步的VR / 3D同步實驗,以開放環(huán)境自由搭建為特點的VR / 3D探究平臺,和幫助提高學(xué)生綜合實驗素養(yǎng)的化學(xué)實驗用品庫。
     
    該系統(tǒng)有潛力加速納米分子工程領(lǐng)域的研究進展,例如圖譜、藥物開發(fā)、合成生物學(xué)和催化劑設(shè)計等等。當然,以上都是VR技術(shù)在科學(xué)領(lǐng)域的潛力,然而對于我們來說,或許待該系統(tǒng)和VR真正普及的時候,我們就不用再擔心化學(xué)考試成績了。

    過去,化學(xué)家們或?qū)W員會使用塑料的“球棍”模型來代表藥物,但這些模型都是靜態(tài)的?,F(xiàn)在,依靠VR技術(shù),他們能看到動態(tài)的分子呈現(xiàn)在眼前,以及分子結(jié)構(gòu)的變化情況。

     

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