Elektronisk skin peger mod nord

Mens fugle naturligt opfatter Jordens magnetfelt og bruger det til orientering, mennesker deler ikke denne evne - i det mindste, indtil nu. Forskere ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) i Tyskland har udviklet en elektronisk hud (e-skin) med magnetosensitive egenskaber, der er følsom nok til at detektere og digitalisere kropsbevægelser i Jordens magnetfelt. Da denne e-skin er ekstremt tynd og formbar, det kan nemt sættes på menneskelig hud for at skabe en bionisk analog af et kompas. Dette hjælper måske ikke kun folk med orienteringsproblemer, men kunne også lette interaktion med objekter i virtual og augmented reality. Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturelektronik .

Bare stryg din hånd til venstre, og den virtuelle panda på skærmen vil begynde at finde vej mod nederst til venstre. Stryg din hånd til højre, og du kan få det sort-hvide dyr til at vende den modsatte retning. Denne demonstration minder om den berømte scene fra filmen Mindretalsrapport hvor Tom Cruise styrer en computer med kun håndbevægelser. Dette science-fiction-scenarie er nu blevet til virkelighed takket være Dr. Denys Makarov og hans team af HZDR-forskere. Det eneste, der skal til, er et stykke polymerfolie, ikke mere end en tusindedel af en millimeter tyk, knyttet til en finger - og Jordens magnetfelt.

"Foliet er udstyret med magnetfeltsensorer, der kan opfange geomagnetiske felter, " siger hovedforfatteren Gilbert Santiago Cañón Bermúdez. "Vi taler om 40 til 60 mikrotesla - det er 1, 000 gange svagere end magnetfeltet i en typisk køleskabsmagnet."

Dette er den første demonstration af meget kompatible elektroniske skins, der er i stand til at styre virtuelle objekter, der er afhængige af interaktion med geomagnetiske felter. De tidligere demonstrationer krævede stadig brug af en ekstern permanent magnet. "Vores sensorer gør det muligt for bæreren løbende at konstatere sin orientering i forhold til jordens magnetfelt. Derfor, hvis han eller den kropsdel, der er vært for sensoren, ændrer orientering, sensoren fanger bevægelsen, som derefter overføres og digitaliseres til at fungere i den virtuelle verden."

Ligesom et almindeligt kompas

Sensorerne, ultratynde strimler af det magnetiske materiale permalloy, arbejde ud fra princippet om den såkaldte anisotropiske magneto-resistive effekt. Cañón Bermúdez siger, "Det betyder, at den elektriske modstand i disse lag ændrer sig afhængigt af deres orientering i forhold til et ydre magnetfelt. For at tilpasse dem specifikt efter Jordens magnetfelt, vi dekorerede disse ferromagnetiske strimler med plader af ledende materiale, i dette tilfælde guld, arrangeret i en vinkel på 45 grader. Dermed, den elektriske strøm kan kun flyde i denne vinkel, som ændrer sensorens respons for at gøre den mest følsom omkring meget små felter. Spændingen er stærkest, når sensorerne peger mod nord og svagest, når de peger mod syd." Forskerne udførte udendørs eksperimenter for at demonstrere, at deres idé virker i praktiske omgivelser.

Med en sensor fastgjort til en pegefinger, brugeren startede fra nord, første mod vest, derefter sydpå og tilbage igen - hvilket får spændingen til at stige og falde igen tilsvarende. De viste kardinalretninger matchede dem, der blev vist på et traditionelt kompas, der blev brugt som reference. "Dette viser, at vi var i stand til at udvikle den første bløde og ultratynde bærbare sensor, som kan gengive funktionaliteten af ​​et konventionelt kompas og fremadrettet give kunstig magnetoception til mennesker, " siger Bermúdez. Forskerne var også i stand til at overføre princippet til virtual reality, bruge deres magnetiske sensorer til at styre en digital panda i computerspilmotoren, Panda3D.

I disse forsøg, at pege mod nord svarede til en bevægelse af pandaen til venstre, peger mod syd til en bevægelse til højre. Da hånden var til venstre, dvs magnetisk nord, pandaen i den virtuelle verden begyndte at bevæge sig i den retning. "Vi var i stand til at overføre de virkelige geomagnetiske stimuli direkte ind i den virtuelle verden, " siger Denys Makarov.

Da sensorerne kan modstå ekstrem bøjning og vridning uden at miste deres funktionalitet, forskerne ser et stort potentiale på flere områder. "Psykologer, for eksempel, kunne studere virkningerne af magnetoception hos mennesker mere præcist, uden omfangsrige enheder eller besværlige eksperimentelle opsætninger, som er tilbøjelige til at påvirke resultaterne, " siger Gilbert Santiago Cañón Bermúdez.