Físicaización de datos

Una fisicalización de datos (o simplemente fisicalización) es un artefacto físico cuya geometría o propiedades materiales codifican datos. ^{[ 1 ]} Sus principales objetivos son involucrar a las personas y comunicar datos mediante representaciones físicas de datos asistidas por computadora. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Antes de la invención de las computadoras y los dispositivos digitales, la aplicación de la fisicalización de datos ya existía en artefactos antiguos como un medio para representar información abstracta. Un ejemplo es la placa de ocre de Blombo , que se estima que tiene entre 70 000 y 80 000 años de antigüedad. ^{[ 5 ]} Las formas geométricas e iconográficas grabadas en la superficie del artefacto demostraron la complejidad cognitiva de los humanos antiguos. Además, dado que tales representaciones fueron hechas y elaboradas deliberadamente, la evidencia sugiere que la presentación geométrica de la información es una metodología popular en el contexto de la sociedad. ^{[ 6 ]} Aunque los investigadores aún no pueden descifrar el tipo específico de información codificada en el artefacto, existen varias interpretaciones propuestas. Por ejemplo, las funciones potenciales del artefacto se dividen en cuatro categorías, categorizadas como "numérica", "funcional", "cognitiva" y "social". ^{[ 7 ]} Más tarde, alrededor del 35 000 a. C., surgió otro artefacto, el hueso de Lebombo , y la información codificada se volvió más fácil de leer. Hay alrededor de 29 muescas distintas talladas en la fíbula de babuino. Se estima que el número de muescas está estrechamente relacionado con el número de ciclos lunares. Además, este antiguo sistema de conteo también se considera el origen del cálculo. ^{[ 8 ]}

Justo antes de la invención de la escritura, el sistema de fichas de arcilla se extendió por la antigua Mesopotamia. Cuando compradores y vendedores querían realizar un intercambio, preparaban un conjunto de fichas y las sellaban dentro de un sobre de arcilla después de imprimir la forma en la superficie. ^{[ 9 ]} Esta entidad física se utilizaba ampliamente en el comercio, los documentos administrativos y los asentamientos agrícolas. ^{[ 10 ]} Además, el sistema de fichas es evidencia de un sistema de conteo primitivo. Cada forma corresponde a un significado físico, como la representación de una "oveja", formando una relación de correspondencia uno a uno. La importancia de la ficha radica en que utiliza la forma física para codificar información numérica ^{[ 11 ]} y se considera precursora del sistema de escritura primitivo. ^{[ 12 ]} La razón lógica es que el símbolo bidimensional registraría la misma información que la impresión creada por la ficha de arcilla. ^{[ 9 ]}

Desde el 3000 a. C. hasta el siglo XVII, se desarrolló y utilizó ampliamente en la región andina de Sudamérica un sistema de codificación visual más complejo: el quipus . ^{[ 13 ]} Los antiguos chinos , tibetanos y japoneses también utilizaron cuerdas anudadas, sin relación con el quipu, para registrar información . ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} El antiguo imperio inca lo utilizó con fines militares y fiscales. ^{[ 18 ]} El sistema lógico-numérico de base 10 puede registrar información basándose en la distancia relativa de los nudos, el color de los nudos y el tipo de nudos. Debido a la textura (algodón) del quipus, se conservan muy pocos ejemplares. Analizando los artefactos restantes, Erland Nordenskiöld ^{[ 19 ]} propuso que el quipus es el único sistema de escritura utilizado por los incas, y que la técnica de codificación de la información es sofisticada y distintiva. ^{[ 20 ]}

La idea de la materialización de datos se popularizó a partir del siglo XVII, cuando arquitectos e ingenieros emplearon ampliamente estos métodos en la ingeniería civil y la administración urbana. Por ejemplo, entre 1663 y 1867, se utilizó el modelo de planta y relieve para visualizar la estructura territorial francesa y unidades militares importantes, como ciudadelas y ciudades amuralladas. Por lo tanto, una de las funciones del modelo de planta y relieve era planificar la defensa o el ataque. Cabe destacar que el modelo puede clasificarse como tecnología militar y no codificaba información abstracta. ^{[ 21 ]} La tradición de utilizar modelos tangibles para representar edificios y arquitecturas se mantiene hasta nuestros días.

Uno de los ejemplos contemporáneos de fisicalización de datos es el tablero de Galton, diseñado por Francis Galton, quien promovió el concepto de regresión a la media . El tablero de Galton, una herramienta muy útil para aproximar la ley gaussiana de errores, consta de clavos espaciados uniformemente y listones verticales en la parte inferior. Tras liberar una gran cantidad de canicas, estas se depositan en el fondo, formando el contorno de una curva de campana . La mayoría de las canicas se agrupan en el centro (menor desviación), con pocas en el borde del tablero. ^{[ 22 ]}

En 1935, tres compañías eléctricas diferentes (por ejemplo, Pacific Gas and Electric Company , Commonwealth Edison Company) crearon un modelo físico de datos de electricidad para visualizar el consumo de energía de sus clientes y así poder pronosticar mejor la demanda futura de energía. ^{[ 23 ]} El modelo tiene un eje corto y un eje largo. El eje corto indica "día", mientras que el eje largo abarca todo el año. ^{[ 24 ]} Los espectadores pueden obtener una perspectiva de cuándo los clientes consumen más electricidad durante el día y cómo cambia el consumo a lo largo de las diferentes estaciones. ^{[ 24 ]} El modelo se construyó manualmente cortando láminas de madera y apilando todas las piezas.

Los investigadores comenzaron a darse cuenta de que los modelos de física de datos no solo pueden ayudar a los agentes a gestionar/planificar ciertas tareas, sino que también pueden simplificar enormemente problemas muy complejos al permitir a los usuarios manipular datos en el mundo real. Por lo tanto, desde una perspectiva epistémica, la manipulación física permite a los usuarios descubrir patrones ocultos que no se pueden detectar fácilmente. ^{[ 25 ]} Max Perutz recibió el Premio Nobel de Química en 1962 por su distinguido trabajo en el descubrimiento de la estructura de la proteína globular . Cuando un rayo X estrecho pasa a través de la molécula de hemoglobina, el patrón de difracción puede revisar la estructura interna de las disposiciones atómicas. ^{[ 6 ]} Uno de los trabajos de Perutz dentro de esta investigación consistió en crear una molécula de hemoglobina física que le permite manipular e inspeccionar la estructura de una manera tangible.

En el libro, Bertin diseñó un dispositivo de visualización de matrices llamado Domino que permite a los usuarios manipular datos de filas y columnas. La combinación de filas y columnas puede considerarse como un espacio de datos bidimensional. En Semiología de los Gráficos, Bertin definió qué variables pueden reordenarse y cuáles no. Por ejemplo, el tiempo puede considerarse una variable unidireccional. Debemos mantenerlo en un orden natural. ^{[ 26 ]} En comparación con el trabajo mencionado anteriormente, este modelo enfatiza el aspecto del pensamiento visual de la física de los datos y admite una variedad de tipos de datos como mapas, matrices y líneas de tiempo. Al ajustar las entradas de datos, un analista puede encontrar patrones dentro de los conjuntos de datos y usar Domino repetidamente en diferentes conjuntos de datos. ^{[ 24 ]}

Ejemplos más recientes de materialización incluyen el uso de bloques LEGO para el seguimiento del progreso de proyectos. Por ejemplo, se han utilizado LEGO para registrar el progreso en la redacción de tesis. Los usuarios pueden usar el tablero LEGO para establecer pasos concretos antes de publicar trabajos reales, como análisis de datos, recopilación de datos, desarrollo, etc. ^{[ 27 ]} Otra aplicación consiste en el uso de LEGO para el seguimiento de errores. Para los ingenieros de software, el seguimiento de los problemas del código es una tarea crucial, y LEGO simplifica este proceso al materializar los problemas. ^{[ 28 ]}

Una aplicación específica de la física de datos implica la creación de mapas táctiles para personas con discapacidad visual. Un ejemplo anterior incluye el uso de papel de microcápsulas para crear mapas táctiles. ^{[ 29 ]} Con la ayuda de una herramienta de fabricación digital como la cortadora láser, investigadores del Fab Lab de la Universidad RWTH Aachen la han utilizado para producir un mapa táctil basado en relieve para ayudar a los usuarios con discapacidad visual. Algunos investigadores de interfaces de usuario tangibles combinaron TUI con mapas táctiles para generar renderizado dinámico y mejorar la colaboración entre personas con discapacidad visual (por ejemplo, FluxMarkers). ^{[ 30 ]}