Simulación (informática) para niños
Una simulación informática es como un juego de computadora muy avanzado que crea una versión virtual de algo real. Imagina que es un programa informático o un grupo de computadoras trabajando juntas para construir un modelo digital de un sistema. Estos modelos nos ayudan a entender cómo funcionan las cosas.
Las simulaciones por computadora son muy importantes en muchas áreas. Se usan en física, química y biología para estudiar la naturaleza. También son útiles en economía y psicología para entender cómo se comportan las personas y los sistemas sociales. Además, son clave para diseñar nueva tecnología y ver cómo funcionará antes de construirla.
Estas simulaciones pueden durar desde unos pocos minutos hasta varios días, dependiendo de lo complejas que sean. Pueden recrear muchísimos eventos, mucho más de lo que se podría hacer con lápiz y papel. Por ejemplo, hace años, se simuló una batalla en el desierto con miles de vehículos virtuales para entender cómo se moverían. También se han creado modelos de millones de átomos para estudiar cómo se deforman los materiales. Incluso hay proyectos, como el Blue Brain en Suiza, que buscan crear una simulación completa del cerebro humano a nivel molecular.
Contenido
¿Qué diferencia hay entre simulación y modelado numérico?
Para entender la realidad, usamos algo llamado modelado matemático. Esto busca soluciones a ecuaciones que explican cómo funcionan los sistemas. El objetivo es predecir cómo se comportará un sistema si conocemos sus condiciones iniciales. Los modelos numéricos surgieron cuando las computadoras empezaron a resolver estas ecuaciones de forma numérica, no solo analítica.
Aunque las simulaciones por computadora usan ideas de los modelos matemáticos, también pueden combinar lo virtual con lo real. Por ejemplo, pueden simular las acciones de usuarios para probar un equipo real. Así, se pueden descubrir los límites o fallos de un sistema sin necesidad de que personas reales lo usen por mucho tiempo.
El término simulación por computadora es más amplio que modelado por ordenador. El modelado por ordenador implica que todo se representa en la computadora. Pero la simulación por computadora también incluye generar acciones de usuarios virtuales para probar un software o equipo real, donde solo una parte del sistema se modela. Un buen ejemplo son los simuladores de vuelo, que pueden usar máquinas y software de vuelo reales.
Las simulaciones por computadora se usan en muchos campos, como la ciencia, la tecnología, el entretenimiento y la planificación de negocios.
Breve historia de la simulación informática
La simulación por computadora creció al mismo tiempo que las computadoras se hacían más potentes. Uno de sus primeros usos importantes fue durante la Segunda Guerra Mundial, en el Proyecto Manhattan, para simular una explosión nuclear. Para esto, se usó un método llamado Método de Montecarlo.
Las simulaciones por computadora a veces ayudan o incluso reemplazan a otros métodos cuando es muy difícil encontrar soluciones exactas. Hay muchos tipos de simulaciones, pero todas tienen algo en común: intentan mostrar diferentes situaciones posibles para un modelo, especialmente cuando sería muy costoso o imposible ver todos los estados posibles. Al principio, los modelos informáticos se usaban para complementar otros datos, pero luego su uso se extendió a muchas más áreas.
¿Cómo se preparan los datos para una simulación?
Para que una simulación funcione, necesita datos de entrada. Y una vez que termina, produce datos de salida. Estos datos pueden estar en documentos de texto especiales o en programas que los preparan antes y después de la simulación.
La preparación de los datos es una de las partes más importantes. Como las simulaciones son digitales, siempre hay pequeños errores al redondear o cortar números. Incluso un error muy pequeño al principio puede convertirse en un error grande más adelante en la simulación. Esto es como el dicho "basura entra, basura sale" (GIGO, por sus siglas en inglés). De hecho, el descubrimiento de estos errores que se acumulan en los sistemas digitales fue el origen de la teoría del caos.
Tipos de simulaciones
Los modelos computacionales se pueden clasificar de varias maneras:
- Estocástico o determinista:
* Los modelos estocásticos usan números aleatorios para simular el azar o eventos impredecibles. * Los modelos deterministas no usan el azar; sus resultados son siempre los mismos si las condiciones iniciales son iguales.
- Estático o dinámico:
* Los modelos estáticos buscan un estado de equilibrio en un sistema. Se usan a menudo para simular sistemas físicos. * Los modelos dinámicos muestran cómo cambia un sistema con el tiempo, respondiendo a diferentes entradas.
- Continuo o discreto:
* Una simulación de evento discreto (DES) maneja eventos que ocurren en momentos específicos. Por ejemplo, en un simulador, hay una lista de eventos ordenados por el tiempo en que deben suceder. El simulador los procesa uno por uno. No es necesario que la simulación ocurra en tiempo real; lo importante es analizar los datos para encontrar fallos en el diseño o en la secuencia de eventos. * Una simulación de movimiento continuo resuelve ecuaciones que describen cambios constantes. Se usa en simuladores de vuelo, videojuegos de construcción y gestión, modelos de procesos químicos y simulaciones de circuitos eléctricos. Antes se hacían en computadoras especiales, pero ahora la mayoría se ejecutan en computadoras digitales.
- Local o distribuido:
* Los modelos distribuidos se ejecutan en una red de computadoras conectadas, a veces a través de Internet. A estas simulaciones que se reparten entre diferentes computadoras se les llama "simulaciones distribuidas".
Un tipo especial de simulación discreta es la simulación basada en agentes. Aquí, las entidades individuales (como moléculas, células o personas) se representan directamente y tienen un estado interno y reglas que determinan cómo cambian con el tiempo.
Simulaciones con imágenes generadas por computadora (CGI)
Antes, los resultados de una simulación se mostraban en tablas o listas de números. Esto se debía a que los modelos matemáticos usaban mucho las tablas. Sin embargo, los expertos se dieron cuenta de que las personas entienden mejor los cambios si ven gráficos, imágenes en movimiento o animaciones creadas a partir de los datos, como las imágenes generadas por computadora (CGI).
Por ejemplo, aunque no entendamos los números o las fórmulas, al ver un gráfico animado del tiempo, podemos predecir eventos mucho más rápido que analizando tablas con coordenadas de nubes. Estas representaciones gráficas, que van más allá de los números, a veces producían resultados sin mapas de coordenadas o tablas de tiempo. Hoy en día, los modelos meteorológicos buscan un equilibrio entre gráficos animados de nubes y mapas con coordenadas y tiempos numéricos.
De manera similar, las simulaciones CGI de TAC pueden mostrar cómo un tumor disminuye o cambia durante un tratamiento médico, mostrando el paso del tiempo en una representación giratoria de la cabeza humana.
Se están desarrollando otros usos de las simulaciones CGI para mostrar grandes cantidades de datos en movimiento a medida que la simulación avanza.
Ejemplo de simulación CGI
Interacción gravitacional entre dos galaxias en tres momentos de tiempo dados. La forma final de la galaxia mayor alargada es observada en algunas galaxias especulándose que su formación es debida a una interacción anterior cercana con otra galaxia de menor tamaño.
Véase también
En inglés: Computer simulation Facts for Kids
- Simulación
- Modelos de simulación con Dinámica de sistemas
- Simulador de vuelo
- Mundo de margaritas
