All'Università dell'Iowa, puoi vedere come funziona la gravità giocando nella sabbia.

Gli studenti universitari del Dipartimento di Fisica e Astronomia hanno progettato e costruito una sandbox in cui gli utenti possono modellare il proprio universo con la sabbia e osservare come la gravità influisce su un oggetto:un'astronave o una cometa, per esempio, mentre viaggia attraverso l'ambiente immaginato.

Finanziato da una sovvenzione della National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti, la sandbox in realtà aumentata, soprannominato "Gravbox, " è il primo sistema interattivo del suo genere ad essere utilizzato per l'astrofisica. Esistono configurazioni simili per la geologia e l'ingegneria - il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente e la Lichtenberger Engineering Library le hanno - ma gli studenti dell'interfaccia utente hanno avanzato il concetto per portare la gravità, una forza invisibile non facilmente spiegabile o comprensibile, alla vita.

"Penso che sia incredibile, "dice Hai Fu, professore assistente di fisica e astronomia, chi ha vinto i $405, 011 premio, parte di una più ampia applicazione NSF per finanziare la sua ricerca su ciò che accade quando le galassie si scontrano. "Gli studenti hanno costruito tutto da zero".

Fu dice che la sandbox sarà usata per insegnare i principi fondamentali della fisica, come le dinamiche gravitazionali coinvolte nella distribuzione delle stelle, le forme e l'evoluzione delle galassie, e altro ancora.

Ha anche in programma di mostrare la sandbox ai club di astronomia amatoriale, come mostra nei musei, e in spettacoli di divulgazione e dimostrazione per bambini, guidato da Dale Stille, specialista in risorse didattiche del dipartimento.

Il gruppo sta rendendo pubblicamente disponibile il proprio software e sta creando un sito Web con un tutorial per la creazione del sistema.

Fu ha presentato la sua idea nell'autunno 2016 ai 10 studenti del secondo anno, juniores, e gli anziani iscritti al suo corso di due semestri, Introduzione all'Astrofisica. Voleva che il progetto fosse complementare a ciò che gli studenti imparavano nelle sue lezioni.

Ha mostrato loro uno schema del concetto su una lavagna il primo giorno di lezione.

"Sembrava impossibile, "ricorda Sadie Moore, una laurea in fisica e astronomia di Burlington, Iowa. "L'idea era impressionante."

imperterrito, gli studenti si sono divisi in tre squadre e si sono messi al lavoro.

Un team si è concentrato sulla progettazione e sull'ingegneria di una struttura che potesse contenere 200 libbre di sabbia. Gli studenti tagliano il legno per la base nell'officina meccanica del dipartimento sotto la guida del capo macchinista Brian Busch; assemblato e montato il supporto del proiettore; e costruito un armadietto scorrevole per riporre il computer, tavoletta, e cavi.

Tutto il lavoro è stato svolto internamente, dice Ross McCurdy, un membro del team di costruzione che si è laureato all'UI nel maggio 2017 ed è uno studente laureato nel dipartimento di astronomia della Penn State University.

"Siamo passati da un guscio vuoto a un bel, custodia sicura, " lui dice.

Un secondo team si è concentrato sull'ideazione di un algoritmo per calcolare la gravità esercitata sull'oggetto mentre "viaggia" nella sandbox. Per realizzare questo, gli studenti hanno sviluppato un software per calcolare e calibrare l'orbita dell'oggetto in base alle modifiche apportate nell'ambiente sandbox. Il team ha ridotto da 3 minuti a meno di 1 secondo il tempo impiegato dall'oggetto per rispondere a un comando dell'utente.

"C'è quel momento di riconoscimento che ciò su cui hai lavorato ha effettivamente pagato in un prodotto finito, "dice Sophie Deam, una laurea in fisica e astronomia di Ames, Iowa, e membro del team dell'algoritmo gravitazionale.

Il terzo team è stato incaricato di creare un'interfaccia per Gravbox. Dopo aver ideato un'app Android, il gruppo ha deciso di concepire un proprio display didattico. Su un touchpad montato sulla sandbox, gli utenti scelgono l'oggetto che vogliono viaggiare nel loro universo, disegna una freccia per iniziare il viaggio dell'oggetto, e poi guarda su un monitor dall'alto e nella sandbox come il paesaggio che creano nella sabbia - l'ambiente spaziale immaginario - altera l'orbita dell'oggetto.

"È tocca e vai, "dice Erin Maier, una specializzazione in fisica e astronomia di Hudson, Ohio, che si è laureato a maggio 2017 ed è iscritto al Graduate Program in Astronomy presso l'Università dell'Arizona.

"Ora, forme che normalmente non si vedono in natura si possono simulare nella sandbox, "aggiunge Zachary Luppen, una laurea in fisica e astronomia di Fort Dodge, Iowa.

Gli studenti hanno lavorato sul progetto durante l'anno accademico 2016-17. Ma si resero conto che c'erano ancora alcuni problemi nell'operazione del Gravbox. Così, una manciata rimasta in giro durante l'estate per continuare ad armeggiare; la collaborazione durò fino all'autunno, ma nessuno sembrava preoccuparsene.

"È stato avvincente che in un certo senso dovevi lavorare come una squadra, "dice Mason Reed, una laurea in fisica e astronomia all'Indipendenza, Iowa. "Questo ti dà una prospettiva su come sarebbe lavorare in un gruppo di ricerca, capire come lavorare insieme, e trovare i giusti equilibri".

La sfida più grande, diversi studenti dicono, era fare in modo che la sandbox fosse utile e interessante sia per i bambini che per gli adulti.

Quello che impareranno le persone di tutte le età, gli studenti sperano, è sostanzialmente lo stesso.

"Speriamo di dare vita al cosmo, "dice Moore.