As 10 melhores visualizações científicas

Desde o tempo do Homem Vitruviano de Leonardo Da Vinci até os raios-X de Rosalind Franklin, certos enunciados da ciência são feitos com muito mais força usando imagens em vez de palavras.

Com o lema de que ilustrar é esclarecer, e que as ilustrações apresentam a conexão mais imediata e influente entre cientistas e cidadãos, a National Science Foundation (NSF – Fundação Nacional de Ciência) e o periódico Science criaram o desafio de Visualização de Ciência e Engenharia, para celebrar a tradição da visualização de ciência e encorajar seu crescimento contínuo.

O espírito da competição é comunicar ciência, engenharia e tecnologia com finalidade educacional e jornalística.

Cinco categorias participam do concurso: fotografia, ilustração, posters e gráficos, jogos e aplicações, e vídeo. Confira os vencedores:

Fotografia

Primeiro lugar e vencedor do voto popular: “Cristais Biominerais Isolados”

O primeiro lugar foi para uma foto de cristais de biominerais isolados. Estas estruturas fantásticas são cristais microscópicos que fazem parte do dente de um ouriço do mar.

Cada tom de azul, azul-piscina, verde e roxo destaca um cristal individual de calcita, mineral carbonatado encontrado em mármore, calcário e conchas. A foto foi colorida usando Photoshop e microfotografia de escaneamento de elétrons.

O formato incomum e intrincado destes cristais permitem que os dentes do ouriço do mar, mesmo feitos de uma substância tão macia quanto o giz, sejam fortes o suficiente para triturar rochas.

Crédito: Pupa U. P. A. Gilbert e Christopher E. Killian; Universidade do Wisconsin, Madison

Menção honrosa: “Autodefesa”

Esta é uma foto feita pelo radiologista Kai-hung Fung, e mostra duas estratégias diferentes de autodefesa.

O mexilhão da esquerda tem uma concha bivalve, que se fecha ao primeiro sinal de uma ameaça. O caramujo da direita tem uma estratégia diferente: a concha em espiral fornece uma série de barricadas a potenciais invasores.

Fung usou um scanner para visualizar fatias do caramujo e do mexilhão, então desenhou seus contornos usando várias cores, destacando as estruturas complexas. A criação de uma imagem destas envolve o equilíbrio de “dois lados da mesma moeda”, diz Fung. “Um lado é a informação factual, o outro lado é a arte”.

Crédito: Kai-hung Fung, Hospital Oriental Pamela Youde Nethersole em Hong Kong

Ilustração

Primeiro lugar: “Conectividade de um Computador Cognitivo Baseado no Cérebro Símio”

Esta estrutura em espirais de néon é o diagrama de fiação de um novo tipo de computador que, segundo algumas definições, pode ser capaz de pensar. Ele foi inspirado na arquitetura neural de um macaco.

Nos últimos 2 anos, o grupo de computação cognitiva da IBM em San Jose, Califórnia (EUA), fez grandes avanços no projeto de um computador que possa detectar padrões, planejar respostas e aprender a partir de erros. A imagem foi feita por Emmett McQuinn, engenheiro de hardware da IBM.

Crédito: Emmett McQuinn, Theodore M. Wong, Pallab Datta, Myron D. Flickner, Raghavendra Singh, Steven K. Esser, Rathinakumar Appuswamy, William P. Risk, e Dharmendra S. Modha

Menção honrosa e vencedor do voto popular: “Infiltração cerebral”

Nesta imagem de um cérebro, um tumor maligno aparece como uma massa vermelha à esquerda. As fibras vermelhas são um sinal de perigo. Se forem cortadas pelo escalpelo do neurocirurgião, o paciente pode ter a visão, percepção ou função motora afetadas. As fibras azuis mostram conexões funcionais distantes do tumor que provavelmente não serão afetadas durante uma cirurgia.

Juntas, as fibras azuis e vermelhas fornecem um roteiro para os neurocirurgiões planejarem suas operações.

O estudante de graduação de Ciência da Computação Maxine Chamberland, do Sherbrooke Connectivity Imaging Lab no Canadá, cria imagens como estas semanalmente, usando uma técnica de ressonância magnética que detecta a direção em que as moléculas de água se movem dentro das fibras de matéria branca, e monta uma imagem tridimensional das conexões funcionais do cérebro.

Crédito: Maxime Chamberland, David Fortin, e Maxime Descoteaux, Laboratório de Imageamento de Conectividade Sherbrooke

Posters e Gráficos

Primeiro lugar: Adaptação das artérias cervicais e cefálicas da coruja em relação a rotações extremas do pescoço.

Em vez de movimentar seus olhos nas órbitas oculares, as corujas movimentam suas cabeças 270°. Este poster explica qual o provável mecanismo para esta habilidade esquisita.

A equipe estudou 12 aves mortas de centros educacionais no Michigan e Missouri (EUA). A seguir, criaram imagens tridimensionais dos vasos sanguíneos e ossos da coruja usando um scanner de tomografia computadorizada, e injetaram um corante radiológico e plástico liquefeito vermelho para preservar as artérias antes da dissecção.

As corujas revelaram alguns segredos surpreendentes quando examinadas cuidadosamente. Os pesquisadores encontraram expansões nas artérias que provavelmente funcionam como reservatórios que se enchem de sangue quando a ave vira a cabeça, e também artérias de “backup”, que fornecem sangue ao cérebro quando as artérias principais estão espremidas.

Crédito: Fabian de Kok-Mercado, Michael Habib, Tim Phelps, Lydia Gregg, e Philippe Gailloud, da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins, Departamento de Arte Aplicada à Medicina

Voto popular: “A Cidade de Transporte Pharma: Compreendendo as Rotas para o Uso Sustentável de Farmacêuticos”

Este gráfico informativo mostra as complexas rotas de transporte de farmacêuticos no ambiente, e considera as influências psicológicas do uso e descarte de drogas.

Ele ilustra a natureza cíclica do transporte farmacêutico, destacando um intervalo extenso de pontos onde a contaminação ambiental pode ser diminuída através de intervenções.

Também reconhece lacunas no conhecimento, como a ignorância sobre até que ponto os produtos farmacêuticos ficam ativos quando consumidos não intencionalmente, por estarem presentes na alimentação ou água.

Crédito: Will Stahl-Timmins, Mathew White, Michael Depledge, e Lora Fleming, Centro Europeu para o Ambiente e Saúde Humana, Escola Médica da Universidade de Exeter; Clare Redshaw, Universidade de Plymouth

Jogos e Aplicativos

Menção honrosa: “Velocity Raptor”

Neste jogo, o dinossauro com capa azul está com pressa para salvar o mundo. Com tanta pressa, que se move quase à velocidade da luz. Nesta velocidade, o mundo se comporta conforme descrito pela teoria especial da relatividade de Albert Einstein.

Os jogadores têm que guiar o animal através de um mundo que se modifica conforme a velocidade, incorporando conceitos como o desvio Doppler e a contração do espaço.

O Velocity Raptor é uma tentativa de dar às pessoas uma ideia palpável sobre a física da relatividade especial, deixando-as jogar com ela. Jogue Velocity Raptor aqui.

Crédito: Andy Hall, TestTubeGames

Vencedor do Voto Popular: “Untangled”

A professora assistente Gayatri Mehta estava com problemas para desenhar as conexões de um chip de computador de forma mais eficiente. Para resolvê-lo, ela se voltou para o crowdsourcing, um modelo de produção que utiliza a inteligência e os conhecimentos coletivos e voluntários espalhados pela internet para resolver problemas, inspirada por um jogo que recrutava jogadores online para descobrir novas formas de dobrar proteínas.

No jogo UNTANGLED, os jogadores competem para fazer o layout de circuito mais compacto. Para provocar os usuários com medo de matemática e ciência, ela usou blocos coloridos e deixou de fora os algoritmos.

O jogo permite que ela registre milhões de novos movimentos e descubra estratégias humanas para projetar circuitos que podem ser empregadas para desenvolver dispositivos eletrônicos menores, mais poderosos e mais duráveis. Jogue Untangled aqui.

Crédito: Gayatri Mehta, Universidade do Texas Norte

Vídeo

Primeiro lugar e vencedor do voto popular: “Alya Red: Um Coração Computacional”

Esta é uma renderização artística de Alya Red, um novo modelo computacional do coração que combina imagens médicas modernas com supercomputação.

Baseado em dados de ressonância magnética, cada fio colorido representa células do músculo cardíaco que transmitem corrente elétrica e disparam uma batida no modelo de coração humano.

Apesar de séculos de estudo, os cientistas ainda estão perplexos pela complexa coreografia elétrica cardíaca, diz Fernando Cucchietti, que ajudou a produzir o vídeo. Segundo ele, a parte mas desafiadora foi fazer as fibras cardíacas na imagem se moverem de forma realística.

Crédito: Guillermo Marin, Fernando M. Cucchietti, Mariano Vázquez, Carlos Tripiana, Guillaume Houzeaux, Ruth Arís, Pierre Lafortune, e Jazmin Aguado-Sierra, Centro de Supercomputação de Barcelona

Menção honrosa: Revelando Mudanças Invisíveis no Mundo

Neste vídeo, uma equipe de cientistas da computação do MIT (Massachusetts Institute of Tecnhology) em Cambridge (EUA) demonstra um novo método para destacar mudanças sutis que são normalmente invisíveis ao olho.

Usando o vídeo como entrada, a equipe analisa cada pixel, procurando variações mínimas de cor com o tempo. Por exemplo, o avermelhamento rítmico da face de um homem enquanto o sangue pulsa pelas veias.

A seguir, eles aplicam um algoritmo que amplia a variação, e extrai a informação que eles querem. Ao ampliar o leve rubor do homem, por exemplo, eles foram capazes de verificar seu batimento cardíaco. Entre outras aplicações, segundo eles, a técnica pode ajudar médicos a tomar os sinais vitais de pacientes remotamente.

Crédito: Michael Rubinstein, Neal Wadhwa, Frédo Durand, William T. Freeman, Hao-Yu Wu, John Guttag, MIT; e Eugene Shih, Quanta Research Cambridge

A próxima competição já está em andamento, e as inscrições se encerram em setembro de 2014.[National Science Foundation]