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Palabras claves:
Simulación, Modelamiento, Datos, Procesamiento
Estación 8: De los datos al conocimiento
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Estación 8: De los datos al conocimiento
Tabla de contenidos
Introducción 1. Almacenamiento de la marea de datos 2. Una nebulosa planetaria en la computadora 3. Dando forma a las teorías sobre metales 4. Pulso láser para movilizar gas 5. Estirar una proteína 6. Dinámica de flujo en la cabeza 7. Herpes en la computadora Información adicional
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Estación 8: De los datos al conocimiento
¿Qué porción de nuestro mundo podemos simular en las computadoras?
¿Cómo surge la complejidad? ¿Hay límites para la percepción de nuestro
mundo? ¿El cómputo por demanda, a la vuelta de la
esquina? ¿Podemos predecir el comportamiento de los
sistemas complejos?
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Preguntas motivadoras
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Estación 8: De los datos al conocimiento
Introducción
En la investigación, las preguntas "cómo" y "por qué" se están
volviendo cada vez más complejas. La brecha entre la
descripción teórica de la naturaleza y las preguntas actuales en el ámbito de la experimentación continúa
creciendo. Mediante el modelamiento y la simulación, las
computadoras ayudan a cerrar esta brecha.
Introducción
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Estación 8: De los datos al conocimiento
Los modelos sirven como la base que refleja aspectos de la realidad. Son el cimiento de las simulaciones con las que los científicos imitan cambios específicos de parámetros individuales. Las imágenes visuales juegan un papel importante en ambos casos, haciendo que los resultados sean más comprensibles.
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Se podrá examinar el comportamiento de cadenas completas de señales de las células y bioprocesos complejos. No obstante, se requerirá procesar y analizar grandes volúmenes de datos.
La minería de datos y la biología computacional seguirán cobrando creciente importancia.
En el futuro
Los científicos pueden describir el comportamiento de los átomos y moléculas en computadoras y calcular no solo las reacciones químicas básicas, sino que, ajustando la escala, también las propiedades macroscópicas de los sólidos mediante la integración de la mecánica cuántica a los modelos de cómputo.
Actualmente
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Estación 8: De los datos al conocimiento
La investigación moderna enfrenta el reto de
manejar cantidades de datos que aumentan rápidamente. En las
ciencias de la vida, el análisis automatizado de
arreglos genéticos ya produce anualmente
datos en el orden de los pentabytes (1015 bytes).
1. Almacenamiento de la marea de datos
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El mayor acelerador del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, generará 1018 bytes al año, es decir un quintrillón de bytes o un exabyte de datos. Se registrará varios miles de millones de interacciones de las partículas elementales cada segundo.
Si hubiese que almacenar los datos de dichas mediciones en CD-ROM durante un año, se necesitaría más de 15 millones de CD. En comparación, la mayor biblioteca del mundo, la Biblioteca de Congreso de los Estados Unidos, cuenta actualmente con textos en el rango de 20 terabytes (1012 bytes).
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2. Una nebulosa planetaria en la computadora
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Sin embargo, en el caso de ciertas galaxias, las computadoras pueden aproximar sus formas
tridimensionales a partir de fotografías bidimensionales.
La creación de una estructura tridimensional de una nebulosa planetaria remota es un asunto
difícil porque solo podemos ver la galaxia desde un ángulo en la
Tierra.
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3. Dando forma a las teorías sobre metales
Cuando se moldea una plancha de aluminio para darle la forma
de una taza, el resultado tiene el aspecto parecido al de un
cenicero. Sin embargo, simulaciones
simples en computadora muestran que los bordes están
pulidos. La razón de esta discrepancia es que el metal está compuesto por varias estructuras cristalinas que
responden diferenciadamente al molde.
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Para reflejar este hecho, los científicos
del Instituto Max Planck de Investigación sobre
el Hierro han desarrollado una
técnica estadística que refleja la estructura
cristalina en los cálculos.
Así, es posible generar simulaciones realistas que requieren relativamente pocos datos.
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4. Pulso láser para movilizar gas
En este experimento se dirige un impulso intenso
de láser de solo cinco femtosegundos
de duración hacia un gas de helio o hidrógeno,
eliminando los electrones de los átomos del gas y creando un plasma que
se acelera.
Un femtosegundo es la milbillonésima parte de un segundo.
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El aspecto práctico de este acelerador es que se puede colocar encima de un banco normal de
laboratorio.
El experimento se simuló antes de realizar la aceleración para comprobar la teoría.
Los científicos determinaron que la compleja
interacción entre fotones, electrones e iones resultó exactamente igual que en la simulación.
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5. Estirar una proteína
Ya que su forma determina su
funcionalidad, los científicos se interesan
en las propiedades mecánicas de las
proteínas.
Constantemente se doblan
y se aplastan en las células.
Las proteínas
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Con las imágenes resultantes, los científicos pueden reconocer: Los estados estables de las proteínas
(valles de energía) que determinan la medida en que las proteínas espiraladas de cierto largo se autoenroscan.
Para encontrar esta información, recurren a la espectroscopía de fuerza que les permite medir y simular su energía en la computadora.
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6. Dinámica de flujo en la cabeza
Gracias a un tomógrafo especial, ahora los cirujanos pueden producir nuevas imágenes durante el
procedimiento quirúrgico tal que coinciden con la nueva posición del cerebro. Para dichas simulaciones de flujo
se requiere computadoras rápidas.
Cuando se abre un cráneo para realizar un procedimiento quirúrgico, el cerebro se desplaza y, por tanto, varía también el tiempo necesario para la cirugía puesto que las imágenes de resonancia magnética obtenidas antes del procedimiento quirúrgico ya no son válidas.
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Los científicos del Instituto Max
Planck de Cognición y
Neurociencias no simulan el
desplazamiento de la posición del
cerebro en la sala de operaciones sino que utilizan
una red de computadoras de alta capacidad. Dinámica del flujo del cerebro
durante una operación 19
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7. El herpes en la computadora
Sin embargo, están conformados por estructuras complejas anidadas unas dentro de otras. Estas capas fueron visibilizadas por primera vez en el Instituto Max Planck de Bioquímica y el Instituto Nacional de Salud.
El espesor de los virus es inferior a una milésima del
diámetro de un cabello humano.
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Ahora, los científicos pueden comprender mejor la
interacción entre los virus y los componentes de las
células.
Se crearon modelos digitales mediante la manipulación hábil de imágenes de tomografía de electrones escaneando el virus
a temperaturas extremadamente bajas.
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Estación 8: De los datos al conocimiento
Los analistas genéticos y los biólogos de sistemas cooperan con los estadígrafos y científicos de cómputo, así como con los astrofísicos para analizar datos astronómicos y físicos, esta etapa del desarrollo científico requiere indudablemente de la estrecha colaboración interdisciplinaria.
Las investigaciones continúan…..
Interdisciplinariedad en la ciencia
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http://www.sciencetunnel.com http://www.sciencetunnel2.de/?page_id=1286&lang=es
Información adicional
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