Fysikere bygger laserpincet styret med Kinect

Microsofts Kinect er en bevægelsesfølende enhed, der giver folk mulighed for at kontrollere Xbox-videospil ved hjælp af kropsbevægelser alene. Det består af et webcam-lignende kamera til at skabe et billede af spillere, en infrarød laser til at måle deres afstand og en specialiseret mikrochip, der fortolker dataene for at spore mennesker og objekter i tre dimensioner.

Microsofts håb med at lancere Kinect var at ændre den måde, folk interagerer med og spiller videospil. Men mange brugere erkendte straks, at enheden havde bredere applikationer og begyndte at hacke den til deres egne projekter. Inden længe udgav Microsoft softwareudviklersæt, der giver enhver mulighed for at udvikle applikationer til Kinect på både Xbox og Windows.

Indtast David McGloin og kammerater ved University of Dundee i Skotland, som er eksperter i et område af fysik kaldet optisk manipulation: brugen af ​​højt fokuserede laserstråler til at fange, flytte og endda rotere små partikler såsom celler.

Såkaldte laserpincet har mange anvendelsesmuligheder, såsom måling af de kræfter, der genereres af molekylære motorer og sortering af sunde celler fra kræftceller. Efter at være blevet udviklet i 1970'erne og 80'erne er teknikken nu almindelig i mange laboratorier.

Et vigtigt problem er dog at kontrollere laserpincet. Fysikere har leget med forskellige grænseflader for at gøre dette, såsom en computermus, fingersporingspuder og endda iPad-kontrol.

McGloin og co har taget en anden tilgang. Disse fyre bruger Windows 7 og en Kinect til at tillade hele kroppen kontrol af små partikler. Grænsefladen giver brugeren mulighed for at opsamle og skubbe partikler, de ser på en computerskærm, ved hjælp af hånd-, arm- og kropsbevægelser.

Systemet viser brugerne det synsfelt, som pincetten fungerer i. En bølge af hånden skaber et fangstområde, som rummer partikler. Denne kan så tages op og flyttes med yderligere armbevægelser.

Forskerne tester det ved at flytte rundt på siliciummikrosfærer blot et par mikrometer på tværs ved hjælp af et ellers standard infrarødt holografisk lasersystem. De kalder dette system HoloHands.

HoloHands har selvfølgelig nogle begrænsninger. Enhver, der har brugt en Kinect, ved, at enheden på ingen måde er perfekt, og at der opstår forskellige forsinkelser og fejlfortolkninger af kropsbevægelser med jævne mellemrum. Det skotske system lider af lignende problemer.

Holdet har produceret en video, der viser systemet i drift, sammen med diverse små forsinkelser.

McGloin og hans team rapporterer også, at det er en trættende forretning at manipulere partikler over lange perioder. Og Kinect-systemet mangler en måde at udføre kvantitative målinger på. Det gør det udfordrende at bruge til præcisionsarbejde, siger de.

De påpeger dog, at HoloHands er et nyttigt læremiddel og burde have et stort potentiale i at vise en ny generation af elever potentialet i en optisk pincet. Det er ikke uden for mulighederne at forestille sig, at simple laserpincet-spil kan være mulige med et sådant system - Pong spillede for eksempel med siliciummikrosfærer.

Med lidt mere udvikling kunne det give eleverne en intuitiv forståelse af fysik på denne skala, og hvordan den adskiller sig fra makroverdenen. Micro-Pong spillet med silicium mikrosfærer suspenderet i vand ville have en ret anderledes dynamik end det samme spil, der spilles med en tennisbold, for eksempel.

Det kan også være muligt at bygge ting i hånden ved hjælp af en sådan enhed. Det er ikke svært at forestille sig en slags Lego-lignende opsætning, hvor eleverne laver mikroskalaenheder og maskiner ved hjælp af HoloHands.

Alt det lyder interessant. HoloHands kommer ikke til at ændre naturvidenskabens natur eller vores forståelse af optisk manipulation, men det kan bare blive en nyttig undervisningsanordning og måske endda et praktisk ingeniørværktøj. Det er også sat til at blive en hel masse sjov.

Ref: arxiv.org/abs/1211.0220 : HoloHands: Kinect kontrol af optisk pincet

skjule