211service.com
Natuurkundigen bouwen laserpincet bestuurd met Kinect
Kinect van Microsoft is een bewegingsgevoelig apparaat waarmee mensen Xbox-videogames kunnen besturen met alleen lichaamsbewegingen. Het bestaat uit een webcamachtige camera voor het maken van een afbeelding van spelers, een infraroodlaser voor het meten van hun afstand en een gespecialiseerde microchip die de gegevens interpreteert om mensen en objecten in drie dimensies te volgen.
De hoop van Microsoft bij de lancering van de Kinect was om de manier te veranderen waarop mensen omgaan met videogames en deze spelen. Maar veel gebruikers herkenden onmiddellijk dat het apparaat bredere toepassingen had en begonnen het te hacken voor hun eigen projecten. Het duurde niet lang voordat Microsoft softwareontwikkelaarskits uitbracht waarmee iedereen applicaties voor de Kinect op zowel de Xbox als Windows kon ontwikkelen.
Voer David McGloin en zijn vrienden van de Universiteit van Dundee in Schotland in, die experts zijn op een gebied van fysica dat optische manipulatie wordt genoemd: het gebruik van zeer gerichte laserstralen om kleine deeltjes zoals cellen op te vangen, te verplaatsen en zelfs te roteren.
Zogenaamde laserpincetten hebben veel toepassingen, zoals het meten van de krachten die worden gegenereerd door moleculaire motoren en het scheiden van gezonde cellen van kankerachtige. De techniek is ontwikkeld in de jaren 70 en 80 en is nu gemeengoed in veel laboratoria.
Een belangrijk probleem is echter het aansturen van het laserpincet. Natuurkundigen hebben hiervoor met verschillende interfaces gespeeld, zoals een computermuis, vingervolgpads en zelfs iPad-besturing.
McGloin en co hebben een andere benadering gekozen. Deze jongens gebruiken Windows 7 en een Kinect om het hele lichaam controle te geven over kleine deeltjes. Met de interface kan de gebruiker deeltjes oppakken en duwen die ze op een computerscherm zien met hand-, arm- en lichaamsbewegingen.
Het systeem toont gebruikers het gezichtsveld waarin het pincet werkt. Een golf van de hand creëert een vanggebied, dat deeltjes vasthoudt. Dit kan dan worden opgepakt en verplaatst met verdere armbewegingen.
De onderzoekers testen het door siliciummicrosferen van slechts enkele micrometers te verplaatsen met behulp van een anders standaard infrarood holografisch lasersysteem. Dit systeem noemen ze HoloHands.
HoloHands heeft natuurlijk enkele beperkingen. Iedereen die een Kinect heeft gebruikt, weet dat het apparaat lang niet perfect is en dat er regelmatig verschillende vertragingen en verkeerde interpretaties van lichaamsbeweging optreden. Het Schotse systeem kampt met soortgelijke problemen.
Het team heeft geproduceerd een video die het systeem in werking laat zien, samen met verschillende kleine vertragingen.
McGloin en zijn team melden ook dat het manipuleren van deeltjes gedurende lange tijd een vermoeiende bezigheid is. En het Kinect-systeem mist een manier om kwantitatieve metingen uit te voeren. Dit maakt het een uitdaging om te gebruiken voor precisiewerk, zeggen ze.
Ze wijzen er echter op dat HoloHands een nuttig leermiddel is en een groot potentieel zou moeten hebben om een nieuwe generatie studenten het potentieel van optische pincetten te laten zien. Het is niet onmogelijk om je voor te stellen dat eenvoudige laserpincet-games mogelijk zijn met een dergelijk systeem - Pong bijvoorbeeld, gespeeld met siliciummicrosferen.
Met een beetje meer ontwikkeling zou het studenten een intuïtief begrip kunnen geven van natuurkunde op deze schaal en hoe deze verschilt van de macrowereld. Micro-Pong, gespeeld met siliciummicrosferen die in water zijn gesuspendeerd, zou een nogal andere dynamiek hebben dan hetzelfde spel dat bijvoorbeeld met een tennisbal wordt gespeeld.
Het kan ook mogelijk zijn om dingen met de hand te bouwen met zo'n apparaat. Het is niet moeilijk om je een soort Lego-achtige opstelling voor te stellen waarbij studenten microschaal-apparaten en -machines maken met behulp van HoloHands.
Dat klinkt allemaal interessant. HoloHands zal de aard van de wetenschap of ons begrip van optische manipulatie niet veranderen, maar het zou wel eens een nuttig leermiddel en misschien zelfs een handig technisch hulpmiddel kunnen worden. Het belooft ook heel leuk te worden.
Referentie: arxiv.org/abs/1211.0220 : HoloHands: Kinect-bediening van optisch pincet