Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2018
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Исследователи из научного центра HZDR применили датчики, чтобы дать людям магниторецепцию
Известно, что птицы способны ощущать магнитное поле Земли и использовать его для ориентации в пространстве. Людям так и не удалось близко подойти к воспроизведению этой способности – по крайней мере, до настоящего времени. Исследователи Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, HZDR) в Германии разработали электронную кожу (e-skin) с магнитной чувствительностью, достаточной для обнаружения и оцифровки движений тела в магнитном поле Земли. Поскольку электронная кожа является чрезвычайно тонкой и податливой, ее можно легко прикрепить к коже человека, чтобы создать бионический аналог компаса. Это может не только помочь людям ориентироваться в пространстве, но и облегчить взаимодействие с объектами в виртуальной и дополненной реальности. Результаты исследований были опубликованы в журнале Nature Electronics.
Просто проведите рукой влево, и виртуальная панда на экране начнет движение к нижнему левому краю. Проведите рукой направо, и вы заставите черно-белое животное развернуться в противоположном направлении. Эта демонстрация напоминает знаменитую сцену из фильма «Особое мнение» (Minority Report), где актер Том Круз управляет компьютером только жестами рук. То, что было научной фантастикой 16 лет назад, теперь стало реальностью благодаря Доктору Денису Макарову и его команде исследователей из научного центра HZRD. Для управления пандой не требуется ни громоздких перчаток или очков, ни сложных систем видеокамер. Все, что нужно – это полоска полимерной фольги не толще тысячной доли миллиметра, прикрепленной к пальцу, и магнитное поле Земли.
 |
||
| Никаких громоздких перчаток, никаких сложных систем камер – лишь сверхтонкий слой золотой фольги на среднем пальце. Это единственное, что потребовалось исследователям из Дрездена, чтобы управлять виртуальной пандой с помощью магнитного поля Земли. Когда рука двигается налево, к северному магнитному полюсу, животное также двигается в этом направлении (a). Движение направо, заставляет его двигаться в противоположном направлении (b). При движении руки к середине панда движется назад и немного влево (c). Фотография: HZDR / Г.С. Каньон Бермудес. |
||
«Фольга оснащена датчиками магнитного поля, которые могут реагировать на геомагнитные поля, – сказал ведущий автор работы Гилберт Сантьяго Каньон Бермудес (Gilbert Santiago Cañón Bermúdez). – Речь идет о 40-60 микротеслах, что в 1000 раз слабее, чем магнитное поле обычного магнита, который крепят на холодильник». Это первая демонстрация электронной кожи с высокой совместимостью, способной управлять виртуальными объектами за счет взаимодействия с геомагнитными полями. В предыдущих демонстрациях по-прежнему требовалось использование внешнего постоянного магнита: «Наши датчики позволяют пользователю непрерывно определять свою ориентацию относительно магнитного поля Земли. Поэтому, если он или часть тела, на которой размещается датчик, меняют ориентацию, датчик фиксирует движение, которое затем передается и оцифровывается для управления объектами в виртуальном мире».
Так же, как и обычный компас
Датчики, представляющие собой сверхтонкие полоски магнитного материала пермаллоя, работают по принципу так называемого анизотропного магнеторезистивного эффекта, как объясняет Каньон Бермудес: «Это означает, что электрическое сопротивление этих слоев изменяется в зависимости от их ориентации по отношению к внешнему магнитному полю. Чтобы выровнять их в соответствии с магнитным полем Земли, мы украсили эти ферромагнитные полоски пластинками проводящего материала, в данном случае золотыми, расположенными под углом 45 градусов. Таким образом, электрический ток может течь только под этим углом, что изменяет отклик датчика и делает его наиболее чувствительным к очень слабым полям. Самое сильное напряжение соответствует положению, когда датчики указывают на север, а самое слабое – на юг». Чтобы продемонстрировать работоспособность своей идеи на практике, исследователи проводили полевые испытания.
Пользователь с датчиком на указательном пальце, начал движение с севера, направляясь сначала на запад, затем на юг и обратно, вследствие чего напряжение, соответственно, увеличивалось и уменьшалось. Основные направления, которые были отражены, совпали с теми, которые показал используемый для сверки обычный компас. «Это подтверждает, что нам удалось создать первый мягкий и сверхтонкий портативный датчик, который может воспроизводить функции классического компаса и в перспективе дать людям искусственную возможность восприятия магнитного поля», – отметил Бермудес. Но это еще не все. Разработчикам также удалось перенести этот принцип в виртуальную реальность и с помощью магнитных датчиков управлять цифровой пандой на движке компьютерной игры «Panda3D».
В этих экспериментах указание на север соответствовало движению панды влево, указание на юг – движению вправо. Когда рука пользователя находилась слева, то есть, в стороне магнитного севера, панда в виртуальной реальности начинала двигаться в том же направлении. Когда рука смещалась в противоположную сторону, животное резко разворачивалось. «Нам удалось перенести геомагнитные воздействия реального мира прямо в виртуальную реальность», – подытожил Денис Макаров. Поскольку датчики, не теряя своей функциональности, могут выдерживать значительные изгибы и скручивание, исследователи видят большой потенциал практического использования датчиков не только как средства доступа к виртуальной реальности. «Психологи, например, могли бы с большей точностью изучать эффекты магнитного восприятия у людей без громоздких устройств и сложных лабораторных установок, которые могут искажать результаты», – предположил Гилберт Сантьяго Каньон Бермудес.
