Terwijl vogels van nature het aardmagnetisch veld waarnemen en het gebruiken voor oriëntatie, mensen delen dit vermogen niet - tenminste, tot nu. Onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) in Duitsland hebben een elektronische huid (e-skin) ontwikkeld met magnetogevoelige mogelijkheden die gevoelig genoeg zijn om lichaamsbewegingen in het aardmagnetisch veld te detecteren en te digitaliseren. Omdat deze e-skin extreem dun en kneedbaar is, het kan gemakkelijk op de menselijke huid worden aangebracht om een ​​bionische analoog van een kompas te creëren. Dit kan niet alleen mensen met oriëntatieproblemen helpen, maar zou ook de interactie met objecten in virtual en augmented reality kunnen vergemakkelijken. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Elektronica .

Veeg gewoon met je hand naar links en de virtuele panda op het scherm begint zijn weg naar linksonder te vinden. Veeg met je hand naar rechts en je kunt het zwart-witte dier in de tegenovergestelde richting laten kijken. Deze demonstratie doet denken aan de beroemde scène uit de film Minderheidsverslag waar Tom Cruise een computer bestuurt met niets anders dan handgebaren. Dit sciencefictionscenario is nu werkelijkheid geworden dankzij Dr. Denys Makarov en zijn team van HZDR-onderzoekers. Het enige dat nodig is, is een stukje polymeerfolie, niet meer dan een duizendste millimeter dik, bevestigd aan een vinger - en het magnetische veld van de aarde.

"De folie is uitgerust met magneetveldsensoren die aardmagnetische velden kunnen oppikken, ", zegt hoofdauteur Gilbert Santiago Cañón Bermúdez. "We hebben het over 40 tot 60 microtesla - dat is 1, 000 keer zwakker dan het magnetische veld van een typische koelkastmagneet."

Dit is de eerste demonstratie van zeer compliant elektronische skins die in staat zijn virtuele objecten te besturen op basis van de interactie met geomagnetische velden. De vorige demonstraties vereisten nog het gebruik van een externe permanente magneet. "Onze sensoren stellen de drager in staat om continu zijn oriëntatie ten opzichte van het aardmagnetisch veld vast te stellen. als hij of het lichaamsdeel dat de sensor huisvest van richting verandert, de sensor registreert de beweging, die vervolgens wordt overgedragen en gedigitaliseerd om in de virtuele wereld te werken."

Net als een gewoon kompas

De sensoren, ultradunne stroken van het magnetische materiaal permalloy, werken volgens het principe van het zogenaamde anisotrope magneto-resistieve effect. Cañón Bermúdez zegt:"Het betekent dat de elektrische weerstand van deze lagen verandert afhankelijk van hun oriëntatie ten opzichte van een extern magnetisch veld. Om ze specifiek uit te lijnen met het magnetische veld van de aarde, we hebben deze ferromagnetische strips versierd met platen geleidend materiaal, in dit geval goud, opgesteld in een hoek van 45 graden. Dus, de elektrische stroom kan alleen onder deze hoek vloeien, die de respons van de sensor verandert om deze het meest gevoelig te maken rond zeer kleine velden. De spanning is het sterkst als de sensoren naar het noorden wijzen en het zwakst als ze naar het zuiden wijzen." De onderzoekers voerden buitenexperimenten uit om aan te tonen dat hun idee in de praktijk werkt.

Met een sensor bevestigd aan een wijsvinger, de gebruiker begon vanuit het noorden, eerst naar het westen, dan naar het zuiden en weer terug, waardoor de spanning dienovereenkomstig stijgt en weer daalt. De weergegeven windrichtingen kwamen overeen met die op een traditioneel kompas dat als referentie werd gebruikt. "Dit toont aan dat we in staat waren om de eerste zachte en ultradunne draagbare sensor te ontwikkelen die de functionaliteit van een conventioneel kompas kan reproduceren en in de toekomst kunstmatige magnetoceptie aan mensen kan verlenen, ", zegt Bermúdez. De onderzoekers konden het principe ook overzetten naar virtual reality, hun magnetische sensoren gebruiken om een ​​digitale panda in de computergame-engine te besturen, Panda3D.

Bij deze experimenten wijzend naar het noorden kwam overeen met een beweging van de panda naar links, wijzend naar het zuiden naar een beweging naar rechts. Toen de hand aan de linkerkant was, d.w.z. magnetisch noorden, de panda in de virtuele wereld begon in die richting te bewegen. "We waren in staat om de echte geomagnetische stimuli rechtstreeks naar het virtuele rijk over te brengen, ' zegt Denys Makarov.

Omdat de sensoren extreem buigen en draaien kunnen weerstaan ​​zonder hun functionaliteit te verliezen, de onderzoekers zien veel potentie op meerdere terreinen. "Psychologen, bijvoorbeeld, zou de effecten van magnetoceptie bij mensen nauwkeuriger kunnen bestuderen, zonder omvangrijke apparaten of omslachtige experimentele opstellingen, die de resultaten kunnen vertekenen, ', zegt Gilbert Santiago Cañón Bermúdez.