211service.com
Fysiker bygger laserpincett som styrs med Kinect
Microsofts Kinect är en rörelseavkännande enhet som låter människor styra Xbox-videospel med enbart kroppsrörelser. Den består av en webbkameraliknande kamera för att skapa en bild av spelare, en infraröd laser för att mäta deras avstånd och ett specialiserat mikrochip som tolkar data för att spåra människor och föremål i tre dimensioner.
Microsofts förhoppning med att lansera Kinect var att förändra hur människor interagerar med och spelar videospel. Men många användare insåg omedelbart att enheten hade bredare applikationer och började hacka den för sina egna projekt. Snart släppte Microsoft mjukvaruutvecklarsatser som gör det möjligt för vem som helst att utveckla applikationer för Kinect på både Xbox och Windows.
Skriv in David McGloin och kompisar vid University of Dundee i Skottland, som är experter inom ett område av fysik som kallas optisk manipulation: användningen av högfokuserade laserstrålar för att fånga, flytta och till och med rotera små partiklar som celler.
Så kallade laserpincetter har många applikationer, som att mäta krafterna som genereras av molekylära motorer och sortera friska celler från cancerceller. Efter att ha utvecklats på 1970- och 80-talen är tekniken nu vanlig i många labb.
Ett viktigt problem är dock att kontrollera laserpincetten. Fysiker har lekt med olika gränssnitt för att göra detta, till exempel en datormus, fingerspårningskuddar och till och med iPad-kontroll.
McGloin och co har tagit ett annat förhållningssätt. Dessa killar använder Windows 7 och en Kinect för att tillåta hela kroppen kontroll av små partiklar. Gränssnittet låter användaren plocka upp och trycka partiklar de ser på en datorskärm med hjälp av hand-, arm- och kroppsrörelser.
Systemet visar användarna i vilket synfält pincetten fungerar. En våg av handen skapar ett fångstområde som håller partiklar. Denna kan sedan plockas upp och flyttas med ytterligare armrörelser.
Forskarna testar det genom att flytta runt kiselmikrosfärer bara några mikrometer tvärs över med hjälp av ett annars standard infrarött holografiskt lasersystem. De kallar detta system för HoloHands.
HoloHands har naturligtvis vissa begränsningar. Alla som har använt en Kinect vet att enheten inte på något sätt är perfekt och att olika förseningar och feltolkningar av kroppsrörelser inträffar på en ganska regelbunden basis. Det skotska systemet lider av liknande problem.
Teamet har producerat en video som visar systemet i drift, tillsammans med olika små förseningar.
McGloin och hans team rapporterar också att manipulering av partiklar under långa tidsperioder är en tröttsam affär. Och Kinect-systemet saknar ett sätt att utföra kvantitativa mätningar. Det gör den utmanande att använda för precisionsarbete, säger de.
De poängterar dock att HoloHands är ett användbart läromedel och borde ha stor potential för att visa en ny generation elever potentialen hos en optisk pincett. Det är inte bortom möjligheten att föreställa sig att enkla laser-pincettspel kan vara möjliga med ett sådant system - Pong spelade med kiselmikrosfärer, till exempel.
Med lite mer utveckling skulle det kunna ge eleverna en intuitiv förståelse för fysiken på denna skala och hur den skiljer sig från makrovärlden. Micro-Pong spelad med kiselmikrosfärer suspenderade i vatten skulle ha en ganska annorlunda dynamik än samma spel som spelas med en tennisboll, till exempel.
Det kan också vara möjligt att bygga saker för hand med hjälp av en sådan anordning. Det är inte svårt att föreställa sig ett slags Lego-liknande upplägg där elever gör mikroskala enheter och maskiner med hjälp av HoloHands.
Allt det där låter intressant. HoloHands kommer inte att förändra vetenskapens natur eller vår förståelse av optisk manipulation, men det kan bara bli en användbar undervisningsenhet och kanske till och med ett praktiskt ingenjörsverktyg. Det kommer också att bli väldigt roligt.
Ref: arxiv.org/abs/1211.0220 : HoloHands: Kinect-kontroll av optisk pincett