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VR技術(shù)與化學(xué)碰撞的火花

時(shí)間：2019-06-12 00:00:00

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欄目：虛擬現(xiàn)實(shí)

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(tái)到模擬手術(shù)機(jī)器人，VR已經(jīng)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)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(shí)代，對(duì)化學(xué)這門(mén)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(tái)到模擬手術(shù)機(jī)器人，VR已經(jīng)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)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(shí)代，對(duì)化學(xué)這門(mén)課程都“聞聲色變”。畢竟，這是一門(mén)需要實(shí)踐學(xué)習(xí)的學(xué)科，僅僅只是課本知識(shí)是無(wú)法真正學(xué)好它的，因此多年來(lái)無(wú)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(jìn)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?cè)O(shè)計(jì)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(dòng)”，以查看更多細(xì)節(jié)。

然而，根據(jù)一組英國(guó)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(wú)法展示出分子之間是如何工作的，更無(wú)法顯示分子之間的運(yùn)動(dòng)或靈活性，所以學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)不得不想象它們相互運(yùn)動(dòng)時(shí)的樣子。

近年來(lái)，隨著教學(xué)方法的不斷發(fā)展與改進(jìn)，或許電腦應(yīng)用程序可以幫助學(xué)生們?cè)谄聊簧嫌^看和操縱分子之間的運(yùn)動(dòng)，但研究人員仍認(rèn)為這樣的方法仍彌補(bǔ)不了學(xué)生們無(wú)法親自動(dòng)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(lái)。此外，用戶甚至可以對(duì)分子進(jìn)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(shí)現(xiàn)協(xié)同定位，這是一種在真實(shí)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(jì)算的，這意味著用戶在進(jìn)行教學(xué)的同時(shí)，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(gè)人同時(shí)使用，無(wú)論他們是在同一個(gè)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(cè)試該系統(tǒng)，研究人員還招募了多達(dá)32名志愿者進(jìn)行測(cè)試，并完成三項(xiàng)不同的測(cè)試任務(wù)：通過(guò)碳納米管操縱一個(gè)甲烷分子、操縱一個(gè)有機(jī)螺旋體分子來(lái)改變它的方向、在多肽上打一個(gè)結(jié)。

此前，這些志愿者都沒(méi)有接觸過(guò)VR技術(shù)，但實(shí)驗(yàn)證明他們都可以在很短的時(shí)間內(nèi)，不同程度上的掌握這個(gè)系統(tǒng)?；瘜W(xué)VR / 3D實(shí)驗(yàn)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(biāo)知識(shí)點(diǎn)同步的VR / 3D同步實(shí)驗(yàn)，以開(kāi)放環(huán)境自由搭建為特點(diǎn)的VR / 3D探究平臺(tái)，和幫助提高學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)用品庫(kù)。

該系統(tǒng)有潛力加速納米分子工程領(lǐng)域的研究進(jìn)展，例如圖譜、藥物開(kāi)發(fā)、合成生物學(xué)和催化劑設(shè)計(jì)等等。當(dāng)然，以上都是VR技術(shù)在科學(xué)領(lǐng)域的潛力，然而對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，或許待該系統(tǒng)和VR真正普及的時(shí)候，我們就不用再擔(dān)心化學(xué)考試成績(jī)了。

過(guò)去，化學(xué)家們或?qū)W員會(huì)使用塑料的“球棍”模型來(lái)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(dòng)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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