Trabalho na Ideia #160

Um Filtro Atômico desenhando no Papel

Então, esta ideia é sobre tentar desenhar em um papel com um lápis afiado ou barra de grafite até que você tenha preenchido a maior parte de sua superfície,. e os únicos espaços em branco que sobram são de proporção atômica. Você pode desenhar padrões de zig-zag, círculos ou trajetórias serpenteantes, desde que você não levante a barra de grafite do papel. Isto deveria ser feito em uma máquina do tipo plotter, com movimento nos 3-eixos. Depois disto, você dissolve o papel, de alguma forma, e recupera o filtro de grafite.

A motivação para isto, e para todas as minhas ideias que envolvem filtros atômicos, é de diretamente filtrar moléculas ou mesmo átomos, levando a uma capacidade sem precedentes de separar substâncias,

Tive esta idea em 2018, de acordo com a data nos meus arquivos. Posso dizer de cara que os resultados que obtive não foram encorajadores.Na chance de que tomei o caminho errado em algum lugar, decidi compartilhar esta fracasso também.

Existe um script em python. Esta foi a última vez em que usei o Flood Flll na minha vida. Os detalhes estão um pouco vagos depois de tanto tempo, mas basicamente ele desenha linhas pretas em uma tela retangular. Quanto maior a tela mais próximo você se aproxima de estudar realmente como seria ter um poro nanométrico, digamos com um pixel sendo 1nm x 1nm. Isto, entretanto, demanda grandes recursos computacionais (grandes matrizes) e não foi possível no meu PC.

Depois de desenhar estas linhas, ele marca um pequeno quadrado no centro, e conta o número de poros brancos dentro desta, computando sua distribuição de áreas. Ele deve ignorar as regiões mais na borda da tela pois não são densamente preenchidas com linhas, e foi assumido que você poderia produzir um filtro grande e cortar suas bordas com facilidade.

Você pode controlar o tamanho da tela retangular, a espessura da ponta do lápis (dotSize) bem como o número de linhas a se desenhar, referida em uma variável chamada steps. Apresentamos exemplos de imagens aleatórias geradas pelo programa [alguém poderia dizer que são até um pouco artísticas, se não um pouco assustadoras].

As telas retangulares das imagens abaixo são de 500x500, e ainda levou-se cerca de 5h para simular todos os casos, muitos dos quais foram perda de tempo uma vez que a tela estava simplesmente preenchida de preto. Primeiro, queria mapear o problema. 

Mudando o Número de Passos

Mudando o Tamanho da Ponta do Lápis

Area Distribuition

Nosso objetivo é ter um perfil de distribuição de áreas que tenha um pico em um pixel (área 1), e poucas áreas com número superior de pixels. Quanto mais uniforme as áreas, melhor. Intuitivamente, podemos ver das imagens acima que aumentar o tamanho da ponta do lápis não é o caminho certo. Pontas grossas tendem a levar a grandes regiões não uniformes de branco. A melhor abordagem é escolher um tamanho de lápis e comparar a distribuição de áreas para diferentes valores de passos.

Como pode ser visto, com apenas 250 passos as áreas (em preto no gráfico) estão muito dispersas em multiplos picos. A medida em que você aumenta o número de passos, a distribuição se torna mais fina, mas a contagem de áreas também diminui. Um valor interessante é com steps = 750, que ainda produziu um pico alto, embora se espalhe um pouco.

Em geral, isto significa que filtros de qualidade produzidos desta forma são pouco densos, tem poucos furos por centímetro quadrado. Pode ser argumentado que estes filtros não são portanto práticos na realidade, uma ve que eles seriam grandes e ineficientes. Esta é a razão pela qual esta ideia morreu.

Existe apenas um meio que consegui pensar de salvar esta ideia, e ela me ocorreu recentemente. E se produzíssemos esse filtro pouco denso, mas então procedêssemos para mapear os poros usando alguma técnica experimental, pegar suas localizações, cortar o filtro em volta dos poros e unir cada segmento que tenha um poro, formando um filtro mais denso?

Seria trabalhoso e demorado, mas um filtro denso, com um bom desvio padrão de tamanho de poros, seria inestimável na minha opinião.

LINKS DE DOWNLOAD DO CÓDIGO:

atomic_filter_v9.py

BANNER IMAGE CREDITS: ESA/Hubble & NASA, A. Filippenko, R. Jansen 

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