Antes dos computadores
Simulação antes do transistor: engrenagens, água, areia e ensaio como substitutos do sistema real.
Muito antes dos computadores eletrônicos, as pessoas construíram dispositivos, modelos e ensaios para representar sistemas grandes, lentos, caros ou perigosos demais para serem testados diretamente. Engrenagens eram giradas para traçar o movimento dos planetas. Maquetes de navios, rios e represas funcionavam com água de verdade. Ligações mecânicas resolviam equações movendo-se, em vez de calcular. Oficiais, parteiras e crianças encenavam cenários com fichas, areia, cera e uns aos outros. Nada disso era digital, e parte ainda é usada ao lado do computador. Tudo isso conta como simulação: um sistema substituto, construído para responder a uma pergunta sobre o sistema real.
Planetário mecânico
Um modelo mecânico de engrenagens do Sol, da Terra, da Lua e dos planetas, girado à mão ou por mecanismo de relojoaria para mostrar seu movimento relativo.
Pergunta que responde: Onde estarão os planetas e as luas uns em relação aos outros?
Deixa de fora: A escala por completo: os planetas são sempre representados próximos demais e grandes demais.
Roda em: nenhum computador. um modelo mecânico de engrenagens; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1704 O modelo planetário de engrenagens de George Graham, feito para o conde de Orrery
Astrolábio
Um instrumento de disco de mão que modela o céu em rotação, usado para achar a hora, a latitude e as posições das estrelas.
Pergunta que responde: Que horas são, e onde está aquela estrela no céu, agora?
Deixa de fora: Tudo o que não estiver em suas placas gravadas: uma estrela nova exige um astrolábio novo.
Roda em: nenhum computador. um instrumento de mão de latão gravado; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 800 já em 800, astrônomos islâmicos aprimorando projetos de instrumentos gregos anteriores
O mecanismo de Anticítera
Um dispositivo de bronze com engrenagens que modelava o Sol, a Lua e os ciclos do calendário bem o bastante para prever eclipses.
Pergunta que responde: Quando a Lua vai eclipsar o Sol de novo?
Deixa de fora: Reproduz ciclos observados com trens de engrenagens e não explica por que os corpos se movem.
Roda em: nenhum computador. um trem de engrenagens de bronze acionado por manivela; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 150 a.C. o dispositivo do naufrágio de Anticítera, GréciaNa árvore de simulações: Mecanismo de Anticítera
Planetário óptico
Um projetor dentro de um teatro com cúpula lançando no teto o céu noturno inteiro, com seu movimento ao longo do tempo.
Pergunta que responde: Como será o céu sobre esta cidade numa dada noite?
Deixa de fora: O clima e a poluição luminosa, de modo que as estrelas estão sempre visíveis.
Roda em: nenhum computador. um projetor óptico de estrelas; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1923 o primeiro planetário de projeção óptica foi inaugurado, em Munique
Esfera armilar
Anéis aninhados que representam o equador celeste, a eclíptica e o horizonte, construídos para modelar e medir a rotação aparente do céu.
Pergunta que responde: Onde uma dada estrela cruza o horizonte, e quando?
Deixa de fora: O vaguear individual dos planetas, tratando o céu como uma única casca giratória.
Roda em: nenhum computador. um instrumento de anéis aninhados, de metal ou madeira; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 117 já em 117 d.C., a esfera armilar movida a água de Zhang Heng, China (instrumentos de anéis anteriores são atribuídos a Eratóstenes, Geng Shouchang e outros, mas não estão documentados com segurança como esferas de anéis aninhados) fonte
Equatório
Um instrumento geométrico com placas giratórias que dá a posição de um planeta por construção, sem nenhuma aritmética.
Pergunta que responde: Onde está este planeta no zodíaco esta noite, lido direto num mostrador?
Deixa de fora: A precisão: ela é tão boa quanto a gravação e o olho que a lê.
Roda em: nenhum computador. um instrumento graduado de latão ou madeira; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1080 já em 1080, o equatório de al-Zarqali, Espanha islâmica
Globo terrestre
Uma esfera com um mapa do mundo, usada para mostrar distâncias, rotas e o tamanho das terras.
Pergunta que responde: Como os continentes se posicionam uns em relação aos outros sobre uma esfera?
Deixa de fora: Globos mostram forma e lugar, não os processos da superfície.
Roda em: nenhum computador. um modelo girado à mão, sem computaçãoDesde: 150 a.C. já em cerca de 150 a.C., o globo de Crates de Malos em Pérgamo, conhecido por Estrabão; o Erdapfel de Martin Behaim, de 1492, é o globo mais antigo que sobreviveu fonte
Relógio astronômico
Um relógio que também mostra as posições do Sol, da Lua e das estrelas, movido por engrenagens e um escapamento.
Pergunta que responde: Onde estão o Sol e a Lua no céu agora?
Deixa de fora: Reproduz ciclos fixos e não consegue prever nada que não esteja embutido em suas engrenagens.
Roda em: nenhum computador. um trem de engrenagens, sem computaçãoDesde: 1092 já em 1092, a torre-relógio movida a água de Su Song, descrita no Xinyi Xiangfayao fonte
Tanque de reboque de modelos de navios
Um casco em escala reduzida rebocado por um longo tanque de água parada, com sua resistência medida e ampliada para o navio em tamanho real.
Pergunta que responde: De quanta potência o navio real vai precisar para atingir uma dada velocidade?
Deixa de fora: Ondas e clima, a menos que o tanque seja construído para incluí-los.
Roda em: nenhum computador. um casco em escala rebocado em um tanque de água; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1871 O tanque de reboque de modelos de navios de William Froude em Torquay, financiado em 1870, construído em 1871, com o primeiro teste em março de 1872 fonteNa árvore de simulações: Tanque de reboque de Froude
Modelo físico de bacia fluvial
Um grande modelo em escala, ao ar livre, de um sistema fluvial inteiro, com afluentes, construído para fazer correr água de verdade sobre relevo de verdade.
Pergunta que responde: Para onde a água vai se cair tanta chuva, ou se este dique romper?
Deixa de fora: As águas subterrâneas e a maior parte do detalhe dos sedimentos finos.
Roda em: nenhum computador. um modelo de terreno de concreto ao ar livre com água corrente; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1943 o início do modelo da bacia do Mississippi do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA
Modelo de porto e estuário
Um modelo em escala de um porto ou estuário com maré funcionando, usado para ver como correntes, sedimentos e ondas vão se mover depois de construído.
Pergunta que responde: Este novo quebra-mar vai assorear o canal que deveria proteger?
Deixa de fora: Tempestades mais raras do que as que os operadores escolhem rodar.
Roda em: nenhum computador. uma bacia em escala com maré mecânica; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1935 já em 1935, laboratórios europeus de hidráulica construindo modelos de portos com maré
Modelo de barragem e vertedouro
Uma pequena réplica física de uma barragem e seu vertedouro, rodada com água de verdade para conferir que o projeto suporta uma cheia sem falhar.
Pergunta que responde: O vertedouro dá vazão à maior cheia que ele provavelmente verá?
Deixa de fora: As maiores e mais raras enchentes, que em geral são apenas extrapoladas.
Roda em: nenhum computador. um modelo de concreto em escala com água corrente; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1928 os testes de modelos hidráulicos do Bureau of Reclamation dos EUA antes de uma grande represa
Modelo estrutural em escala
Uma pequena réplica de uma ponte ou prédio sob carga, às vezes feita de plástico que revela tensões, para ver onde e como ela falhará primeiro.
Pergunta que responde: Onde esta estrutura trinca primeiro, e com que carga?
Deixa de fora: A fadiga ao longo de décadas, que nenhum teste curto consegue mostrar.
Roda em: nenhum computador. uma réplica em escala sob carga, às vezes de plástico fotoelástico; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1901 Os primeiros modelos fotoelásticos de tensão de Coker e Filon
Modelo acústico arquitetônico em escala
Uma pequena réplica física de um salão ou teatro, testada com som mais agudo para casar com o tamanho do modelo, para ouvir como a sala real vai se comportar.
Pergunta que responde: A última fileira vai ouvir o palco com clareza neste salão?
Deixa de fora: O público, cujas roupas e corpos mudam a absorção real da sala.
Roda em: nenhum computador. um modelo de sala em escala com som de frequência deslocada; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1934 Os experimentos de Spandöck com modelos em escala de acústica de salas, Alemanha
Célula de Hele-Shaw
Fluido espremido entre duas placas próximas, de modo que o escoamento em torno de obstáculos aparece como um desenho plano de linhas de corrente.
Pergunta que responde: Como um fluido escoa em volta desta forma, desenhada como uma imagem plana?
Deixa de fora: Representa apenas um escoamento lento e bidimensional.
Roda em: nenhum computador. um aparelho de bancada, sem computaçãoDesde: 1898 já em 1898, o estudo de Hele-Shaw sobre o escoamento entre placas paralelas fonte
Modelo de arco de corrente pendurada
Uma corrente ou corda pendurada em pontos fixos assume uma forma que, invertida, é a linha ideal de um arco de alvenaria.
Pergunta que responde: Que forma permite que um arco fique de pé usando só compressão?
Deixa de fora: Resolve um caso de carga por vez.
Roda em: nenhum computador. um modelo pendurado, sem computaçãoDesde: 1675 já em 1675, o anagrama de Hooke sobre o arco, usado depois por projetistas fonteNa árvore de simulações: A corrente pendurada de Hooke
Modelos de superfícies mínimas de película de sabão
Uma armação de arame mergulhada em solução de sabão forma uma película cuja superfície se acomoda na menor área.
Pergunta que responde: Que superfície de área mínima se estende sobre este contorno?
Deixa de fora: Filmes escolhem uma superfície e não conseguem mostrar superfícies concorrentes.
Roda em: nenhum computador. um aparelho de bancada, sem computaçãoDesde: 1873 já em 1873, Plateau, Statique expérimentale et théorique des liquides fonte
Analisador diferencial mecânico
Integradores de rodas e discos giratórios ligados por hastes e engrenagens, montados à mão para resolver um conjunto específico de equações diferenciais.
Pergunta que responde: Como este sistema evolui ao longo do tempo, dada a equação que o governa?
Deixa de fora: A possibilidade de ser reutilizável sem reconstruir a ligação para o problema seguinte.
Roda em: nenhum computador. uma articulação mecânica de rodas e discos do tamanho de uma sala; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1931 O analisador diferencial mecânico de Vannevar Bush, MIT
Máquina de previsão de marés
Polias e engrenagens somando dezenas de ciclos de maré conhecidos por um mecanismo de manivela, para imprimir um ano de alturas de maré previstas.
Pergunta que responde: Qual será a altura da maré neste porto, em um dia determinado do ano que vem?
Deixa de fora: A maré meteorológica e tudo o que já não esteja em seus ciclos de maré medidos.
Roda em: nenhum computador. uma máquina de polias e engrenagens acionada por manivela; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1872 A máquina harmônica de previsão de marés de Kelvin e RobertsNa árvore de simulações: O previsor de marés de Kelvin
Modelo de economia hidráulica
Água colorida bombeada por tanques, válvulas e tubos que representam renda, imposto, poupança e gasto em uma economia nacional.
Pergunta que responde: O que acontece com os gastos e os estoques se esta alíquota mudar?
Deixa de fora: Expectativas e comportamento: a água não antecipa a próxima vez que a válvula for girada.
Roda em: nenhum computador. uma rede de tanques e tubos do tamanho de uma sala; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1949 O modelo hidráulico da economia de Bill Phillips, London School of EconomicsNa árvore de simulações: A economia hidráulica de Phillips
Analisador de rede elétrica
Uma bancada do tamanho de uma sala, com resistores, capacitores e transformadores em escala ligados para imitar uma rede elétrica, ajustada para testar uma falha ou uma nova linha.
Pergunta que responde: O que acontece com a tensão e a corrente na rede se esta linha desarmar?
Deixa de fora: Tudo na rede real que não tenha sido incorporado ao modelo naquele dia.
Roda em: nenhum computador. uma sala com fiação de componentes elétricos em escala; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1925 O analisador de rede de corrente alternada do MIT para estudos de redes elétricas
Analisador harmônico mecânico
Um instrumento de engrenagens que traça uma curva, como dados registrados de marés ou ondas, e lê a intensidade dos ciclos que a compõem.
Pergunta que responde: De que ciclos regulares é feita, na verdade, esta curva bagunçada do mundo real?
Deixa de fora: Tudo nos dados que não seja um ciclo limpo e repetitivo.
Roda em: nenhum computador. um instrumento mecânico que traça curvas; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1876 O analisador harmônico mecânico de Kelvin
Computador analógico de controle de tiro
Engrenagens e cames combinando o rumo e a velocidade do próprio navio com o rumo de um alvo para apontar os canhões para onde ele estará, e não onde está.
Pergunta que responde: Para onde o canhão deve apontar agora, para acertar um alvo em movimento mais tarde?
Deixa de fora: Qualquer manobra que o alvo ainda não tenha iniciado.
Roda em: nenhum computador. uma calculadora mecânica de engrenagens e cames; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1912 o computador mecânico de controle de tiro Dreyer table, Marinha Real britânica
Tábua de Galton
Bolas caem por fileiras de pinos e se acumulam em uma curva em forma de sino, mostrando como muitos pequenos acasos se somam.
Pergunta que responde: Que dispersão resulta quando muitos pequenos passos aleatórios se combinam?
Deixa de fora: Mostra uma única distribuição e não consegue mudar suas regras.
Roda em: nenhum computador. um aparelho de bancada, sem computaçãoDesde: 1874 já em 1874, o quincunce de Galton exibido na Royal Institution fonte
A agulha de Buffon
Deixar cair uma agulha sobre linhas paralelas e contar quantas vezes ela cruza dá uma estimativa de pi, um experimento de Monte Carlo feito à mão.
Pergunta que responde: Lançamentos aleatórios conseguem estimar um número?
Deixa de fora: É ineficiente: a estimativa melhora só devagar com mais lançamentos.
Roda em: nenhum computador. lançamento à mão, sem computaçãoDesde: 1777 já em 1777, o problema da agulha de Buffon em seu Essai d'arithmetique morale fonte
Modelo de nervo de fio de ferro
Um fio de ferro passivo em ácido carrega uma mudança de superfície que viaja, dispara, se recupera e pode ser disparada de novo como um impulso nervoso.
Pergunta que responde: Um impulso nervoso pode ser reproduzido por um sistema não vivo?
Deixa de fora: Ele copia o padrão, não os canais iônicos que o causam.
Roda em: nenhum computador. um aparelho de bancada, sem computaçãoDesde: 1920 já em 1920, Lillie, iron wire as a model of recovery processes in living protoplasm fonte
Tartarugas cibernéticas
Pequenos robôs com rodas e alguns circuitos de válvulas que procuram luz, evitam obstáculos e voltam a um carregador.
Pergunta que responde: Poucas peças conseguem produzir um comportamento que parece vivo?
Deixa de fora: Os comportamentos são poucos e não conseguem aprender além do condicionamento simples.
Roda em: nenhum computador. um circuito de duas válvulas, sem computaçãoDesde: 1948 já em 1948, a Machina speculatrix de Grey Walter, Elmer e Elsie fonte
Mesa de areia
Uma bandeja rasa de areia modelada com os morros, rios e estradas de um campo de batalha real ou imaginado, usada para dar instruções e planejar.
Pergunta que responde: Como o próprio terreno molda o que é possível aqui?
Deixa de fora: O clima, o plano do inimigo e tudo o que estiver abaixo da escala dos grãos de areia.
Roda em: nenhum computador. uma bandeja de areia modelada; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 32 já em 32 d.C., Ma Yuan modelou montanhas e vales em arroz para o imperador Guangwu (Livro dos Han Posteriores); a mesa de areia úmida de Reisswitz veio em 1811 fonte
Staff ride (estudo no local do campo de batalha)
Oficiais percorrendo o terreno real de uma batalha histórica, analisando as decisões que os comandantes originais enfrentaram em cada ponto.
Pergunta que responde: Dado o que é visível dessa posição, o que teria sido pedido?
Deixa de fora: O medo, o cansaço e a confusão que os comandantes originais realmente sentiram.
Roda em: nenhum computador. um campo de batalha real percorrido a pé; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1906 Os staff rides de Eben Swift na Fort Leavenworth do Exército dos EUA
Ensaio geral
Um ensaio completo de uma apresentação, cerimônia ou lançamento, com figurino ou procedimento completo, com tudo exceto o público real ou o que está em jogo de verdade.
Pergunta que responde: O procedimento inteiro funciona, do início ao fim, em condições realistas?
Deixa de fora: O nervosismo e a sensação irrepetível da ocasião real.
Roda em: nenhum computador. um ensaio completo com pessoas e objetos reais; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1828 já em 1828, o termo registrado para um ensaio teatral completo
Simulados de incêndio e evacuação
Todos em um prédio ou navio saindo de fato pelas rotas planejadas quando soa um alarme, cronometrados e observados em busca de gargalos.
Pergunta que responde: Todos os ocupantes conseguem evacuar a tempo pelas rotas planejadas?
Deixa de fora: Fumaça, pânico e saídas bloqueadas, que são justamente o que distingue os incêndios reais.
Roda em: nenhum computador. um prédio ou navio real, evacuado para treino; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1912 já em 1912, exercícios obrigatórios de botes salva-vidas e de incêndio em navios de passageiros
Julgamento simulado
Um julgamento ensaiado, defendido por advogados reais ou em formação diante de um juiz e um júri, para testar um caso antes que ele valha.
Pergunta que responde: Como este argumento, e esta testemunha, vão realmente funcionar diante de um júri?
Deixa de fora: As consequências do veredito real, para todos os envolvidos.
Roda em: nenhum computador. um tribunal ensaiado com pessoas reais; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1400 já em 1400, os moots realizados nas Inns of Court de Londres
Exercícios militares de campo
Tropas reais manobrando umas contra as outras em terreno real, usando munição de festim ou equipamentos de segurança no lugar de armas de verdade.
Pergunta que responde: Essa unidade consegue de fato executar o plano contra pessoas que tentam impedi-la?
Deixa de fora: Baixas reais e o pior do terreno e do clima reais, por acordo.
Roda em: nenhum computador. tropas reais em terreno real; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 100 já em 100 d.C., o relato de Josefo sobre as manobras de treinamento romanasNa árvore de simulações: O treino romano como ensaio
Modelos anatômicos
Réplicas detalhadas de cera, madeira ou papel machê dos órgãos e camadas do corpo, feitas para ensinar anatomia sem um cadáver real.
Pergunta que responde: Como é de fato o interior de um corpo, camada por camada?
Deixa de fora: A variação individual: todo modelo mostra um corpo idealizado, não o que está na mesa.
Roda em: nenhum computador. uma réplica feita à mão, de cera ou madeira; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1780 Os modelos anatômicos de cera de Clemente Susini, Florença
Fantoma obstétrico
Um modelo de pelve e de bebê em tamanho real, usado para ensinar parteiras a conduzir um parto difícil pelo tato, antes de atenderem um de verdade.
Pergunta que responde: Esse aluno consegue fazer um parto com segurança quando algo dá errado?
Deixa de fora: A condição da mãe e qualquer complicação que não esteja embutida no modelo.
Roda em: nenhum computador. um manequim de treinamento de tecido costurado e couro; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1756 O manequim de treinamento obstétrico de Angélique du Coudray, FrançaNa árvore de simulações: Manequim de parto de Du Coudray
Os primeiros manequins de ressuscitação
Um tórax e vias aéreas simples de manequim em que o aluno sopra e comprime, dando um retorno básico sobre a técnica.
Pergunta que responde: Esta pessoa está pressionando com força suficiente e dando respirações suficientes para manter alguém vivo?
Deixa de fora: Quase tudo de uma emergência real, exceto as duas ações treinadas.
Roda em: nenhum computador. um manequim mecânico simples de treinamento; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1960 o primeiro manequim de treinamento de RCP produzido em massa, Noruega
Bonecos de teste de colisão
Manequins instrumentados com massa e articulações semelhantes às humanas, presos em um veículo real e lançados contra uma barreira real.
Pergunta que responde: Com que força um corpo real seria atingido nesta colisão exata?
Deixa de fora: A variação entre corpos reais: um único manequim representa todo mundo.
Roda em: nenhum computador. um manequim instrumentado em um veículo real; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1949 o primeiro boneco antropomórfico de teste, para ensaios de assentos ejetáveis da aviação dos EUA
Moulage
Ferimentos, queimaduras e erupções cutâneas realistas pintados ou moldados em atores ou manequins, usados para treinar socorristas e equipes de triagem a reconhecer condições com rapidez.
Pergunta que responde: Esse socorrista consegue ler e priorizar corretamente o que está vendo?
Deixa de fora: A fisiologia real do paciente sob a superfície pintada.
Roda em: nenhum computador. cera pintada ou maquiagem em uma pessoa ou manequim; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1867 Os moulages dermatológicos em cera de Jules Baretta, Paris
Blocos de gelatina balística
Blocos de gelatina calibrados para igualar a densidade do tecido muscular, atingidos por tiros para estudar como uma bala ou fragmento se comporta dentro de um corpo.
Pergunta que responde: Até onde viaja este projétil, e que forma de trajetória ele deixa, no tecido?
Deixa de fora: Ossos, pele e roupas, a menos que sejam incluídos de propósito.
Roda em: nenhum computador. um bloco de gelatina calibrada; um dispositivo físico, sem nenhuma computação digitalDesde: 1945 pesquisadores de balística de ferimentos em tempos de guerra testando projéteis em blocos de gelatina
Autômatos
Figuras mecânicas de pessoas e animais que se movem, tocam instrumentos ou imitam a vida, movidas por pesos, cames ou engrenagens.
Pergunta que responde: Uma máquina consegue imitar um corpo vivo?
Deixa de fora: Eles repetem uma rotina fixa e não conseguem responder ao mundo.
Roda em: nenhum computador. um mecanismo de relojoaria, sem computaçãoDesde: 50 já em meados do século I d.C., os Autômatos de Herão de Alexandria descrevem figuras e teatros que se movem sozinhos; a máquina mais antiga a tocar um instrumento é o flautista dos Banū Mūsā (século IX, Bagdá) fonte
Plataformas de movimento
Um assento ou cabine móvel que inclina e desloca para que o ocupante sinta os movimentos de um veículo.
Pergunta que responde: O que o ocupante sente quando o veículo se move?
Deixa de fora: As plataformas só conseguem sugerir a aceleração sustentada.
Roda em: nenhum computador. uma montagem mecânica, sem computaçãoDesde: 1910 já em 1910, o Sanders Teacher, um avião em miniatura ligado ao solo por uma junta universal fonte