211service.com
Fizycy budują pęsety laserowe sterowane za pomocą sensora Kinect
Kinect firmy Microsoft to urządzenie wykrywające ruch, które pozwala ludziom kontrolować gry wideo Xbox za pomocą samych ruchów ciała. Składa się z kamery przypominającej kamerę internetową do tworzenia obrazu graczy, lasera na podczerwień do pomiaru odległości oraz specjalistycznego mikroczipa, który interpretuje dane w celu śledzenia ludzi i obiektów w trzech wymiarach.
Nadzieją Microsoftu na uruchomienie Kinecta była zmiana sposobu, w jaki ludzie wchodzą w interakcje i grają w gry wideo. Jednak wielu użytkowników natychmiast zauważyło, że urządzenie ma szersze zastosowania i zaczęło je hakować do własnych projektów. Wkrótce firma Microsoft wydała zestawy dla programistów umożliwiające każdemu tworzenie aplikacji dla sensora Kinect zarówno na Xbox, jak i Windows.
Oto David McGloin i jego kumple z University of Dundee w Szkocji, którzy są ekspertami w dziedzinie fizyki zwanej manipulacją optyczną: wykorzystanie silnie skupionych wiązek laserowych do wychwytywania, przemieszczania, a nawet obracania małych cząstek, takich jak komórki.
Tak zwane pęsety laserowe mają wiele zastosowań, takich jak pomiar sił generowanych przez silniki molekularne i sortowanie zdrowych komórek od komórek nowotworowych. Opracowana w latach 70. i 80. technika ta jest obecnie powszechna w wielu laboratoriach.
Jednak istotnym problemem jest sterowanie pęsetą laserową. Fizycy bawili się w tym celu różnymi interfejsami, takimi jak mysz komputerowa, podkładki do śledzenia palców, a nawet sterowanie iPadem.
McGloin i spółka przyjęli inne podejście. Ci faceci używają Windows 7 i Kinect, aby umożliwić kontrolę całego ciała małych cząstek. Interfejs umożliwia użytkownikowi podnoszenie i popychanie cząstek, które widzi na ekranie komputera, za pomocą ruchów dłoni, ramion i ciała.
System pokazuje użytkownikom pole widzenia, w którym działają pęsety. Pomachanie ręką tworzy obszar pułapkowania, w którym znajdują się cząsteczki. Można to następnie podnieść i przesunąć dalszymi ruchami ramion.
Naukowcy testują to, poruszając się po mikrokulkach krzemowych o szerokości zaledwie kilku mikrometrów przy użyciu standardowego holograficznego systemu laserowego na podczerwień. Nazywają ten system HoloHands.
HoloHands ma oczywiście pewne ograniczenia. Każdy, kto używał sensora Kinect, wie, że urządzenie nie jest w żaden sposób doskonałe i że dość regularnie pojawiają się różne opóźnienia i błędne interpretacje ruchów ciała. System szkocki boryka się z podobnymi problemami.
Zespół wyprodukował film przedstawiający działanie systemu, wraz z różnymi małymi opóźnieniami.
McGloin i jego zespół donoszą również, że manipulowanie cząsteczkami przez długi czas to męcząca sprawa. A system Kinect nie ma sposobu na wykonywanie pomiarów ilościowych. Mówią, że to sprawia, że trudno jest używać go do prac precyzyjnych.
Zwracają jednak uwagę, że HoloHands jest użyteczną pomocą dydaktyczną i powinna mieć ogromny potencjał w ukazaniu nowemu pokoleniu uczniów potencjału pęsety optycznej. Nie jest poza sferą możliwości wyobrażenia sobie, że proste gry z pęsetą laserową mogą być możliwe z takim systemem – na przykład Pong grał z mikrosferami krzemowymi.
Przy nieco większym rozwoju może dać uczniom intuicyjne zrozumienie fizyki w tej skali i tego, jak różni się ona od makroświata. Micro-Pong grany mikrosferami krzemowymi zawieszonymi w wodzie miałby raczej inną dynamikę niż ta sama gra, którą grano np. piłką tenisową.
Możliwe jest również ręczne budowanie rzeczy przy użyciu takiego urządzenia. Nietrudno wyobrazić sobie coś w rodzaju zestawu Lego, w którym uczniowie tworzą urządzenia i maszyny w mikroskali za pomocą HoloHands.
Wszystko to brzmi interesująco. HoloHands nie zmieni natury nauki ani naszego rozumienia manipulacji optycznych, ale może stać się po prostu użytecznym narzędziem dydaktycznym, a może nawet poręcznym narzędziem inżynierskim. Będzie to również świetna zabawa.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1211.0220 : HoloHands: Kontrola Kinect dla pęsety optycznej