O echipă de cercetători de la Iași a creat un soft care transformă moleculele în modele tipărite 3D

Chimia și biologia moleculară sunt domenii în care înțelegerea depinde adesea de intuiția spațială. Profesorii recurg de ani buni la imagini 2D, animații sau filme pentru a explica structura proteinelor sau a ADN-ului, însă aceste metode au limitele lor.

„S-a demonstrat că elevii sau studenții învață mai eficient atunci când pot atinge și manipula modele fizice ale moleculelor complexe. Această modalitate le oferă o experiență de învățare mai clară și mai captivantă. Până acum, au existat diverse metode de a crea astfel de modele fizice, dar imprimarea 3D oferă cea mai mare flexibilitate și costuri reduse. Prin urmare, am început să dezvoltăm 3DP-Jmol, un soft care generează automat modele moleculare imprimabile 3D din date structurale, pe baza unui input minim din partea utilizatorului”, a explicat prof. univ. dr. habil. Marius Mihășan, coordonatorul proiectului și cadru didactic la Facultatea de Biologie a UAIC.

Ideea de a folosi imprimarea 3D pentru a rezolva această problemă nu este nouă, dar până acum soluțiile existente erau fie prea complicate tehnic, fie concepute pentru echipamente scumpe, inaccesibile școlilor.

Un instrument digital care transformă structurile moleculare în modele 3D

Aplicația dezvoltată la UAIC se numește 3DP-Jmol și face un lucru esențial: transformă datele structurale ale unei molecule – disponibile în baze de date științifice precum RCSB Protein Data Bank – în fișiere STL, formatul standard folosit pentru imprimarea 3D. Pasul acesta de conversie era, până acum, principalul obstacol.

„Cea mai dificilă etapă pentru utilizatori este conversia datelor structurale în format STL. Această etapă este esențială nu doar pentru ca modelul să poată fi imprimat corect, ci și pentru eficiența sa ca instrument educațional sau demonstrativ. Parametri importanți ai moleculei – dimensiunea, tipurile de atomi, dimensiunile legăturilor – trebuie corelați atent cu dimensiunile finale ale modelului fizic și cu specificațiile echipamentului de imprimare”, a detaliat Marius Mihășan.

3DP-Jmol simplifică tot acest proces: profesorul introduce un cod PDB (identificatorul unic al moleculei în baza de date), alege modul de vizualizare dorit, iar aplicația generează automat fișierele necesare. Acestea pot fi descărcate și trimise direct la orice imprimantă 3D standard.

Instrumentul funcționează direct în browser, fără instalări, prin platforma web EDUMOL3D.

Testat în licee din Iași: „Modelele 3D transformă lecțiile teoretice pasive în experiențe interactive”

Modelele generate cu ajutorul aplicației au fost introduse deja la ore de biologie din trei licee ieșene: Colegiul Național „Mihai Eminescu”, Colegiul Național „Garabet Ibrăileanu” și Liceul Teoretic de Informatică „Grigore Moisil”.

„Utilizarea modelelor 3D în studiul acizilor nucleici a avut un impact cognitiv important asupra elevilor, mai ales în etapa de consolidare a cunoștințelor. Modelele au adus un plus de valoare prin caracterul lor practic, ușor de utilizat, dar și prin veridicitatea științifică, comparativ cu alte materiale didactice”, a transmis Irina-Alina Diac, profesoară la Colegiul Național „Mihai Eminescu”.

Profesoara Felicia Perju, de la Colegiul „Garabet Ibrăileanu”, a explicat că modelele 3D au o importanță majoră în educația modernă.

„Transformă lecțiile teoretice pasive în experiențe interactive și atractive pentru elevi. Acestea reprezintă un instrument educațional care aduce materia mai aproape de realitate, făcând procesul de predare–învățare mai eficient, mai captivant și centrat pe elev”, a subliniat Felicia Perju.

Cadrele didactice implicate au fost îndrumate în utilizarea acestor modele și în implementarea studiului educațional de către conf. univ. dr. Naela Costică, din cadrul Facultății de Biologie a UAIC.

Proiect finanțat cu peste 150 de mii de euro

Proiectul actual are la bază o inițiativă pilot finanțată chiar de UAIC, prin care o echipă mixtă de studenți și cadre didactice de la Facultatea de Biologie a proiectat și tipărit 86 de modele moleculare, puse la dispoziție gratuit colegilor din universitate. Fiecare model a fost personalizat în funcție de cerințele utilizatorilor – dimensiuni, materiale, culori, nivel de detaliu structural.

Proiectul „Soluție digitală inovatoare pentru îmbunătățirea educației în domeniile bio-moleculare prin producerea de modele moleculare tipărite 3D” a fost finanțat de Ministerul Cercetării și Inovației și Digitalizării cu 780.400 de lei (aproximativ 156.000 de euro), din care cea mai mare parte – 750.000 de lei – provine din bugetul de stat. Proiectul se desfășoară timp de 31 de luni, până la sfârșitul anului 2026, și implică alături de UAIC compania PROTECH R&D S.R.L.

Echipa de cercetare este formată din prof. univ. dr. habil. Marius Mihășan (Facultatea de Biologie), lect. univ. dr. Liviu-Andrei Scutelnicu (Facultatea de Informatică) și doctorandul Andreea-Mihaela Mleșniță (Facultatea de Biologie).

Rezultatele proiectului au fost publicate în două lucrări științifice și prezentate la mai multe universități și conferințe internaționale de specialitate. Aplicația este disponibilă gratuit.

Mai multe informații despre proiect sunt disponibile AICI.

Pagina aplicației dezvoltate poate fi accesată AICI.

Detalii tehnice despre softul dezvoltat sunt publicate AICI.

Publicitate și alte recomandări video