¿Cuáles son algunos ejemplos interesantes de problemas en un campo resueltos por soluciones de un campo diferente? Directamente, indirectamente o inspirado por.

Es posible que hayas oído hablar de Velcro. Produjeron un gancho y bucle basado en rebabas de bardana. La historia de este desarrollo es bastante divertida. Verá, el inventor solía cazar y siempre volvía a casa lleno de rebabas enganchadas en su ropa. Luego pensó: ¿por qué no puedo hacer algo así como esas empuñaduras que mantendrán las cosas juntas? Este tipo de solución se llama biónica (soluciones basadas en la naturaleza).

La mayoría de las matemáticas modernas son muy abstractas, aunque de vez en cuando los físicos e ingenieros pueden profundizar en un concepto matemático abstracto y llevarlo al mundo real. Eso es lo que sucedió con la Teoría general de la relatividad de Einstein, en la que la geometría riemanniana se aplicó al mundo real. La robótica y la síntesis de mecanismos también utilizan la teoría de grafos y el álgebra lineal avanzada.

Hay un problema que agrietó las cabezas de ingenieros y físicos durante décadas: encontrar la fuerza de arrastre en un flujo de fluido. En el primer enfoque de Stokes a este problema, utilizó una solución conocida en transferencia de calor, que es el concepto de sólido semi-infinito para determinar el tiempo necesario para que una partícula de fluido “escuche” a otra, es decir, el tiempo necesario para la información para viajar desde la parte inferior hasta la parte superior de una “capa límite”. La teoría de la capa límite se desarrolló y evitó la necesidad de resolver ecuaciones largas y aburridas para determinar las fuerzas de arrastre y elevación.

Hay muchos otros ejemplos de la ciencia y, según recuerdo, estaré editando esta publicación.

Hay toneladas de ejemplos de Física; Voy a enumerar algunos ejemplos que la mayoría de la gente no conoce.

1. Teoría de cuerdas y geometría algebraica

Contando el número de curvas racionales en un quíntico 3 veces
El famoso artículo de Candelas, de la Ossa, Green y Parkes [0] propuso una solución analítica a un problema matemático (contando el número de curvas racionales en un triple) usando la lógica de la teoría de cuerdas. En términos generales, este índice es importante porque proporciona uno de los primeros ejemplos de una invariante geométrica computable para una variedad compleja, lo que permite una caracterización más fina de los manifiestos Kähler que la clasificación topológica. Esto puede ser importante para varias Teorías de Cuerdas, si uno tiene un Lagrangiano que puede distinguir Colectores Complejos homólogos / cohomólogos (por ejemplo, cuando se agrega algo como un superpotencial para describir la inflación).

Usando la supersimetría para probar con más elegancia las desigualdades Morse
Vea mi respuesta a ¿Cuál es el significado de la supersimetría?

La intuición detrás de Mirror Symmetry
Strominger, Yau (un galardonado con la medalla Fields) y Zaslow publicaron un artículo [1] que conectaba la Conjetura del Espejo con un cierto tipo de dualidad encontrada entre la Teoría de cuerdas Tipo IIA y Tipo IIB.

2. Física estadística e informática teórica

El uso de los métodos de Spin Glass para demostrar que el paso aproximado de mensajes (por ejemplo, los algoritmos ISTA / FISTA) converge
Montanari, Maleki y Donoho demostraron [2] que algunos de los algoritmos de umbral iterativos que se utilizan en la detección comprimida y otros problemas de regularización [matemática] \ ell ^ 1 [/ matemática] convergen en ciertas condiciones y no convergen en otras debido a una Transición de fase dinámica de tipo Spin Glass.

Caracterización de la estructura del espacio de solución de problemas aleatorios de XORSAT [y algunos trabajos en problemas aleatorios de k-SAT]
A finales de los años 90, se produjo una conexión entre ciertos tipos de gafas giratorias ‘diluidas’ (por ejemplo, una distribución de acoplamiento gaussiana degenera en una distribución de Dirac) y el problema aleatorio de XORSAT. El objetivo de estudiar instancias aleatorias del problema XORSAT es ver si el espacio de la solución se ‘rompe’ en muchos grupos diferentes de soluciones desconectadas que tienen que verificarse, o si el espacio de la solución está conectado [3]. Hay una transición de fase distinta entre los grupos desconectados y el espacio conectado (dependiendo de un parámetro de acoplamiento / nivel de dilución) que se puede calcular utilizando técnicas de vidrio giratorio. Resulta que en la práctica, los problemas aleatorios de XORSAT se instancian cuando se trata de códigos de corrección de errores y otros mecanismos de compresión con pérdida. Los intentos de utilizar estos métodos para caracterizar el espacio de solución k-SAT [4] también se han completado y la afirmación tentadora (pero aún no probada) de que k-SAT tiene una transición de fase implica que la ‘mayoría’ de k- Los problemas del SAT son probablemente satisfactorios.

[0] Versión gratuita: http://math.georgiasouthern.edu/
[1] Preprint: http://arxiv.org/pdf/hep-th/9606
[2] PNAS (gratis): http://www.pnas.org/content/106/
[3] Ciencia: http://www.sciencemag.org/conten
[4] http://prl.aps.org/abstract/PRL/

No es una solución directa, sino un cruce muy fascinante. La fórmula de Black-Scholes para fijar el precio de un derivado es muy similar a las fórmulas de difusión de calor utilizadas en física, y no es una coincidencia.

Esta es la parte que me fascina: la razón por la cual una fórmula similar es que los mercados y la dinámica de las sustancias (como en el cambio de calor o el flujo de líquidos) son muy similares. Hay un flujo, hay intercambios, hay condiciones para las acciones y hay muchos actores. En cierto sentido, el dinero puede considerarse como un líquido que fluye hacia donde es más natural o demandado, de ahí el término “liquidez”.

Ya en 1900 había conceptos de física avanzada aplicados a la economía y las finanzas.

Lectura adicional: http://home2.fvcc.edu/~dhicketh/

Dado que el autor de la pregunta etiquetó Química, Física e Interdisciplinariedad como temas para su pregunta, creo que está buscando este tipo de respuesta:

EJEMPLO : la aplicación de la Mecánica Cuántica a la Química Molecular, 1920-1950.

Esta es una de las mayores revoluciones de la ciencia, diría. Tanto es así que alguien escribió un libro completo al respecto (1). Hubo un momento en que la mayoría de las personas consideraban que la Física y la Química eran tan diferentes, hoy pensamos en Informática y Ciencias Sociales. De todos modos, espero haber respondido la pregunta.

NOTA:
Para aquellos que estén interesados ​​en recopilar más ejemplos, vaya a los archivos de la biblioteca y desenterre las primeras docenas de publicaciones académicas. La mayoría de las nuevas publicaciones nacen como resultado de la fertilización cruzada disciplinaria (2). Básicamente, de vez en cuando alguien grita: “¡Oh, este es solo otro problema de este tipo!” El concepto clave aquí es el reduccionismo, un aspecto característico de la resolución de problemas humanos.

Referencias

  1. Nye, MJ (1994). De la filosofía química a la química teórica: dinámica de la materia y dinámica de las disciplinas, 1800-1950, University of California Press.
  2. Abbott, A. (2001). Caos de disciplinas, University of Chicago Press.

reCAPTCHA .

El objetivo era digitalizar todos los libros del mundo. El problema era que OCR (reconocimiento óptico de caracteres) a menudo no podía determinar con precisión qué era una palabra. ¿La solución? Se basa en cómo se impide que los bots accedan a partes restringidas de un sitio web.


CAPTCHA era una técnica utilizada para demostrar que un visitante particular de una página era un ser humano y no un bot. A una persona se le presentó una palabra distorsionada (generalmente) que las máquinas no pueden leer / comprender.

reCAPTCHA modificó esta solución ligeramente para lograr rendimientos aún mayores. Un ser humano ahora ingresa dos palabras: una es el CAPTCHA original y la otra es ayudar a reconocer una palabra que OCR no pudo .

reCAPTCHA ha ayudado a transcribir todo el catálogo del New York Times y ahora también lo utiliza Google para transcribir los números de las casas para obtener direcciones más precisas (ver ¿Se está usando reCAPTCHA para reconocer los números de las casas?)

Actualización: video de Youtube agregado

El cálculo de la longitud en el mar (conocido como el problema de la longitud) fue resuelto por un carpintero autodidacta, John Harrison (1693-1776). El establecimiento académico, incluido Isaac Newton, del siglo XVII favoreció las observaciones astronómicas para resolver el problema de la longitud. De hecho, el rey Carlos II fundó el Observatorio Real en 1675 para resolver específicamente este problema. A través de la dedicación de por vida y el diseño ingenioso (ingeniería mecánica mucho más allá de su tiempo), Harrison fue en contra del establecimiento académico e inventó el cronómetro marino. El cronómetro marino desencadenó una era de crecimiento explosivo en el comercio y la navegación.

nota: La historia está bien documentada en el fantástico libro de Dava Sobel : Longitud: La verdadera historia de un genio solitario que resolvió el mayor problema científico de su tiempo .

http://www.youtube.com/watch?v=R

Philips diseñó discos especiales de obleas con pequeños agujeros para competir contra los CD. Aunque finalmente no lograron ponerse al día, la tecnología detrás de los discos revolucionó una industria totalmente no relacionada. Debido al tamaño extremadamente pequeño de los agujeros, resulta que el disco es un excelente filtro para la cerveza.
http://www.newscientist.com/mobi

Un ingeniero de Exxon “resolvió” no poder cantar y aplicó técnicas de análisis de datos sísmicos para corregir el tono en los archivos de audio.

Auto-Tune fue creado inicialmente por Andy Hildebrand, un ingeniero que trabaja para Exxon. Hildebrand desarrolló métodos para interpretar datos sísmicos y posteriormente se dio cuenta de que la tecnología podría usarse para detectar, analizar y modificar el tono en los archivos de audio.

– Wikipedia (autoajuste)

Las supernovas tienen esta característica en la que comienzas con una combustión rápida que luego desarrolla una onda de choque. En los motores de automóviles, esto se llama “ping” y conocía a alguien que hacía física de supernova que hacía trabajos de consultoría sobre modelos numéricos para una compañía automotriz.

La mayoría del nuevo desarrollo en supercomputación implica el procesamiento de GPU y está financiado por la industria de los videojuegos. No hay suficientes científicos para justificar el desarrollo de nuevos chips especialmente diseñados para la supercomputación, pero hay suficientes jugadores de videojuegos.

Un ejemplo más básico que el mencionado. El vidrio existió durante siglos antes de que la gente descubriera cómo hacerlo consistentemente claro y transparente. Ese era solo un problema químico práctico, bueno para hacer mejores ventanas y cosas así, hasta que alguien descubrió cómo molerlos en lentes y hacer lentes.

Un par de siglos después, algunos ópticos holandeses juntaron lentes e inventaron tanto el telescopio como el microscopio. Galileo y compañía apuntaron el telescopio hacia el cielo y comenzaron una revolución en astronomía. Apuntaron el microscopio al tejido vivo y comenzaron una revolución en biología. Tanto las cosas más grandes como las más pequeñas que se conocían en ese momento finalmente pudieron estudiarse porque alguien pensó que las lentes de gafas podrían usarse para otra cosa.

Quizás el más fascinante en mi mente ocurre en la intersección de la neurociencia y la teoría de la computadora, que ya ha generado imágenes de video de la actividad cerebral ( http://newscenter.berkeley.edu/2 …) y redes neuronales increíblemente poderosas que simulan primitivas ‘ pensando ‘(entre los más recientes está Google Brain, descrito por el investigador principal, Andrew Ng, aquí: http://www.ubergizmo.com/2012/06 …). En este momento, las aplicaciones están limitadas por límites en el poder computacional, así como por el hecho de que esta investigación está en sus primeras etapas. Ciertamente hay muchas posibilidades.

Biomimética: biología aplicada en diseño

Se supone que esto tiene 1.500 ejemplos de estrategias de biomimética, que parecen basarse en 10.000 estudios de casos:
http://www.asknature.org/browse

Janine Benyus comparte los diseños de la naturaleza.

No lo he visto, pero se supone que tiene 12 ejemplos.

Más sobre biomimética aquí:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bio

Jugadores que resuelven problemas del mundo real.

Los jugadores han resuelto la estructura de una enzima retrovirus cuya configuración había dejado perplejos a los científicos durante más de una década. Los jugadores lograron su descubrimiento jugando Foldit, un juego en línea que permite a los jugadores colaborar y competir en la predicción de la estructura de las moléculas de proteínas.

Puedes consultar el artículo aquí

http://www.sciencedaily.com/rele

Usando moldes de limo para encontrar la forma más eficiente al crear rutas de transporte. Es la definición exacta de fantástico.

Puedes verlos trabajando en este video, (de 1:03:46), solo 10 minutos.

Editar: Parece que el video ya no está disponible como público. El video es de un documental de la BBC, espero que pueda encontrar una fuente para ver.

BBC Four – After Life: The Strange Science of Decay

Mi ejemplo favorito de esto fue la invención del CamelBak (sistema de hidratación manos libres). El fundador, Michael Eidson, estaba compitiendo en una carrera de bicicleta de 100 millas en Texas con acceso limitado al agua. Era un técnico médico de emergencias de profesión, por lo que en lugar de tener que buscar constantemente una botella de agua, decidió llenar una vía intravenosa con agua, atarla a su espalda y beber de ella a través de un tubo médico delgado. Utilizó su experiencia en el campo de la medicina para crear una solución a un problema que enfrentó en su otro campo de interés: el ciclismo.

Lea más aquí: http://camelbak.com/Sports-Recre

Un algoritmo de deconvolución desarrollado para extraer información significativa de imágenes borrosas de estrellas del telescopio Hubble se aplicó en la ciencia médica para crear un método más efectivo para la detección temprana del cáncer de seno en las mamografías. Neil deGrasse Tyson explica aquí:

Casi la primera ecuación que desarrolló Einstein fue algo que todavía usamos hoy en día, la ecuación de Einstein-Stokes en mecánica de fluidos para el flujo de esferas a través de un líquido newtoniano. Se rumorea (y sí, claramente es un rumor sin ningún mérito) que encontró que la mecánica de fluidos era demasiado difícil, por lo que pasó a algo más fácil. Relatividad.

Bueno, resulta que la mecánica de fluidos tuvo la última risa, ya que las mismas matemáticas (tensores y su manipulación) que desarrolló para la Relatividad General son exactamente las mismas matemáticas que se utilizan para modelar el flujo de fluidos no newtonianos (polímeros fundidos, geles , gomas: cualquier cosa donde la viscosidad no sea constante).

Todo en esta respuesta es correcto, excepto, como se indicó anteriormente, la motivación para cambiar los campos. Einstein desarrolló esa ecuación que todavía se usa hoy antes de pasar a la Relatividad, y las matemáticas que desarrolló allí se usan en la mecánica de fluidos no newtoniana. Simplemente es más divertido insinuar la dificultad del tema.

Parece que muchas competencias de modelado predictivo en Kaggle han sido ganadas por personas con experiencia en un área diferente de la que era el sector industrial del patrocinador de la competencia.
http://www.kaggle.com

Aquí hay un artículo que proporciona varios ejemplos de competencias de Kaggle ganadas por “extraños”
http://blogs.hbr.org/hbr/mcafee/

Aquí hay una interesante sobre Tal Golesworthy usando su experiencia como ingeniero (específicamente con calderas y tuberías) para ayudar a los médicos a reparar su aorta dilatada:

De su biografía TED:

Tal Golesworthy es ingeniero de calderas: conoce las tuberías y las tuberías. Cuando necesitó cirugía para reparar un problema mortal con su aorta, mezcló sus habilidades de ingeniería con el conocimiento médico de sus médicos para diseñar un mejor trabajo de reparación.

Amo a la NASA por su esfuerzo constante en esta dirección.

Se puede visitar este micro-sitio para obtener la lista anual de tecnologías y soluciones, destinadas a la utilidad interna de la NASA, y comercializadas para otros fines útiles: página de inicio de Spinoff 2011