I fisici costruiscono pinzette laser controllate con Kinect

Kinect di Microsoft è un dispositivo di rilevamento del movimento che consente alle persone di controllare i videogiochi Xbox utilizzando solo i movimenti del corpo. Consiste in una fotocamera simile a una webcam per creare un'immagine dei giocatori, un laser a infrarossi per misurare la loro distanza e un microchip specializzato che interpreta i dati per tracciare persone e oggetti in tre dimensioni.

La speranza di Microsoft nel lancio di Kinect era quella di cambiare il modo in cui le persone interagiscono e giocano ai videogiochi. Ma molti utenti hanno immediatamente riconosciuto che il dispositivo aveva applicazioni più ampie e hanno iniziato a hackerarlo per i propri progetti. In poco tempo, Microsoft ha rilasciato kit per sviluppatori software che consentono a chiunque di sviluppare applicazioni per Kinect sia su Xbox che su Windows.

Inserisci David McGloin e compagni dell'Università di Dundee in Scozia, che sono esperti in un'area della fisica chiamata manipolazione ottica: l'uso di raggi laser altamente focalizzati per intrappolare, spostare e persino ruotare piccole particelle come le cellule.

Le cosiddette pinzette laser hanno molte applicazioni, come misurare le forze generate dai motori molecolari e separare le cellule sane da quelle cancerose. Essendo stata sviluppata negli anni '70 e '80, la tecnica è ormai comune in molti laboratori.

Tuttavia, un problema importante è il controllo delle pinzette laser. I fisici hanno giocato con varie interfacce per farlo, come il mouse di un computer, i pad per il rilevamento delle dita e persino il controllo dell'iPad.

McGloin e co hanno adottato un approccio diverso. Questi ragazzi usano Windows 7 e un Kinect per consentire il controllo di tutto il corpo di piccole particelle. L'interfaccia consente all'utente di raccogliere e spingere le particelle che vede sullo schermo di un computer usando i movimenti della mano, del braccio e del corpo.

Il sistema mostra agli utenti il ​​campo visivo in cui operano le pinzette. Un'onda della mano crea una regione di intrappolamento, che trattiene le particelle. Questo può quindi essere raccolto e spostato con ulteriori movimenti delle braccia.

I ricercatori lo testano spostando microsfere di silicio di pochi micrometri utilizzando un sistema laser olografico a infrarossi altrimenti standard. Chiamano questo sistema HoloHands.

HoloHands ha alcune limitazioni, ovviamente. Chiunque abbia utilizzato un Kinect saprà che il dispositivo non è affatto perfetto e che vari ritardi e interpretazioni errate del movimento del corpo si verificano regolarmente. Il sistema scozzese soffre di problemi simili.

La squadra ha prodotto un video che mostra il sistema in funzione, insieme a vari piccoli ritardi.

McGloin e il suo team riferiscono anche che manipolare le particelle per lunghi periodi di tempo è un'attività stancante. E al sistema Kinect manca un modo per eseguire misurazioni quantitative. Questo lo rende difficile da usare per lavori di precisione, dicono.

Tuttavia, sottolineano che HoloHands è un utile supporto didattico e dovrebbe avere un grande potenziale nel mostrare a una nuova generazione di studenti il ​​potenziale delle pinzette ottiche. Non è al di là della possibilità di immaginare che semplici giochi con pinzette laser potrebbero essere possibili con un tale sistema: Pong ha giocato con microsfere di silicio, per esempio.

Con un po' più di sviluppo, potrebbe dare agli studenti una comprensione intuitiva della fisica su questa scala e di come differisce dal macromondo. Il Micro-Pong giocato con microsfere di silicio sospese nell'acqua avrebbe dinamiche piuttosto diverse rispetto allo stesso gioco giocato ad esempio con una pallina da tennis.

Potrebbe anche essere possibile costruire cose a mano usando un tale dispositivo. Non è difficile immaginare una sorta di configurazione simile a Lego in cui gli studenti realizzano dispositivi e macchine su microscala utilizzando HoloHands.

Tutto ciò sembra interessante. HoloHands non cambierà la natura della scienza o la nostra comprensione della manipolazione ottica, ma potrebbe semplicemente diventare un utile strumento didattico e forse anche un pratico strumento di ingegneria. È anche molto divertente.

Rif: arxiv.org/abs/1211.0220 : HoloHands: controllo Kinect delle pinzette ottiche

nascondere