Programa interativo revela estrutura de cristais para estudantes - Agência USP de Inovação
Por meio do programa CrystalWalk, o usuário pode visualizar os cristais através de realidade virtual assistida, utilizando o teclado e o mouse do computador, com óculos 3-D ou com outras tecnologias que proporcionam diferentes níveis de imersão – Foto: Marcos Santos/USP Imagens
"Cristais são sólidos onde os átomos estão distribuídos de modo organizado no espaço", explica o professor Ricardo Leal Neto, do Grupo de Visualização Científica em Materiais do Ipen. "Um cristalógrafo estuda essa organização do ponto de vista das simetrias dos cristais, pois delas dependem suas propriedades químicas e físicas, como, por exemplo, as propriedades ópticas."
Devido à complexidade das simetrias, Leal Neto aponta que ensinar sobre cristais não é fácil. "As necessidades dos cristalógrafos e dos estudantes de engenharia de materiais são diferentes. Existem softwares cristalográficos que constroem cristais com base nas simetrias, a partir de 236 grupos espaciais", conta. "Porém, nos livros didáticos sobre ciências dos materiais, as simetrias são reduzidas a um grupo de 14 redes espaciais, sem deixar claro que são diferentes das estruturas cristalinas, o que dificulta o aprendizado."
No CrystalWalk, os alunos participam do processo de construção dos cristais, passo a passo, com comandos que possibilitam escolher estruturas básicas e os átomos que entrarão em sua composição. "Ele foi construído com uma preocupação didática, sua interface foi projetada para criar empatia e reduzir complexidades apontadas por estudantes", afirma o pesquisador Fernando Bardella, que desenvolveu o CrystalWalk em sua tese de doutorado. Segundo Leal Neto, orientador da pesquisa, que também teve a participação do pesquisador André Montes Rodrigues, a abordagem é bastante interativa e demanda uma participação ativa do usuário em todo o processo. "Apesar de limitante e bastante restritivo para o uso de cristalógrafos, no CrystalWalk estudantes são desafiados a desvendar estruturas básicas de cristais, o que é considerado importante do ponto de vista didático", destaca.
Também foram incorporadas funcionalidades didáticas e interativas para aumentar o alcance social da ferramenta, como a criação de narrativas didáticas sobre a construção de cristais e compartilhamento com outros dispositivos por meio de QR Code (código de reconhecimento). "O usuário pode ver as imagens por meio de realidade virtual assistida, utilizando o mouse e o teclado de um computador, ou com óculos 3D que fazem estereografia por cores, uma tecnologia mais acessível", relata o pesquisador. A pesquisa também avaliou outras tecnologias que possibilitam diferentes níveis de imersão, como o Oculus Rift (óculos com controles manuais) e o Google Cardboard (óculos adaptados para telefones celulares).
Os pesquisadores destacam que o CrystalWalk tem uma proposta de acessibilidade e democratização, e por isso a portabilidade da aplicação é uma característica importante para que funcione no maior número de dispositivos possível, como desktops, tablets e smartphones. "Desenvolvido utilizando a plataforma WebGL/HTML5, o CrystalWalk possui código aberto, é gratuito e disponível on-line", descreve Bardella. O site com o programa é http://gvcm.ipen.br/CrystalWalk.
Teste de professores durante o processo de desenvolvimento do CrystalWalk – Foto: Cedida pelo pesquisador
O CrystalWalk já está sendo utilizado em sala de aula também em outras instituições. "Ele é um software de cristalografia para não cristalógrafos, e pode ser usado por alunos de graduação ou pós-graduação em engenharia de materiais, de química, física e geologia, entre outras áreas", acrescenta Leal Neto. Alunos do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (Senai), por exemplo, utilizam o CrystalWalk no laboratório de manufatura aditiva, lançando mão de recursos da aplicação específicos para impressão 3D de modelos.
Atualmente, o grupo estuda o potencial imersivo em ambientes intermediários de virtualidade por meio da plataforma de computação holográfica Microsoft Hololens, tecnologia experimental de realidade mista capaz de projetar hologramas diretamente na retina do usuário. "Nesta plataforma, estruturas cristalinas virtuais são sobrepostas ao mundo real", destaca Bardella. "Como este é um trabalho multidisciplinar, a ideia é buscar alunos de iniciação científica e mestrado de diversas áreas para participarem dos projetos de pesquisa do grupo." A página do grupo de pesquisa é http://gvcm.ipen.br.
Mais informações: e-mail gvcm@ipen.br, com Fernando Bardella, André Montes Rodrigues e o professor Ricardo Leal Neto