.

Hologrammen

Imec werkt aan een technologie om met behulp van ultrasone golven een gevoel van aanraking te simuleren

Op het vlak van beelden, kom je in eerste instantie bij de resolutie van bestaande apparatuur. Die moet bij veel VR-brillen nog hoger om het gevoel van onderdompeling (immersie) completer te maken. En eigenlijk wil je liever helemaal geen onhandige 'doos' meer op je hoofd. Dan komen hologrammen om de hoek kijken: virtuele objecten die je met het blote oog kan zien. Omdat je dan geen bril of smartphone-/cameralens nodig hebt, kan je als arts je volledige zicht benutten en houd je je handen vrij tijdens een behandeling. Het voordeel is ook dat je de 'echte' driedimensionale beeldervaring hebt. Alle andere technologieën creëren diepte door twee verschillende beelden op je linker- en rechternetvlies te projecteren. Hoofdpijn bij gebruikers is daarbij nooit helemaal uit te sluiten. Nobelprijswinnaar Dennis Gabor beschreef al bijna honderd jaar geleden wat er nodig is om realistische hologrammen te maken. En nu komen we ook dicht bij de effectieve realisatie ervan. De grootste uitdaging zit 'm in de nauwkeurigheid waarmee je licht kan manipuleren. Voor hologrammen moet je de fase van het licht manipuleren op een kwart van de golflengte. Je hebt dan pixels nodig van 100 nanometer; ruim tweehonderd keer kleiner dan die van huidige displays. Met lasers kan het al wel. Er bestaan demonstraties van statische hologrammen gegenereerd door lasertechnologie op silicium chips. Binnen enkele jaren zullen we ook dynamische hologrammen met hoge precisie in een ruimte kunnen projecteren.

Voelen vanop afstand

Nu is een virtueel object zien al mooi, maar wat als je ze ook wil voelen? Het is geen sinecure om je eigen handen te kunnen gebruiken om virtuele objecten te manipuleren. De meest gangbare oplossing in VR is om gebruik te maken van joysticks of hightech handschoenen. Veel liever zou je virtuele objecten met je eigen handen voelen. Imec werkt aan een technologie om voelen vanop afstand mogelijk te maken. Met behulp van ultrasone golven kan je een gevoel van aanraking simuleren. Voor artsen kan dit een meerwaarde hebben door bijvoorbeeld bij een gesimuleerde ingreep ook een realistische tegenkracht te voelen. Ook zou je met ultrasone golven op een niet-invasieve manier druk kunnen uitoefenen op specifieke plaatsen ín het lichaam. Zo zijn er papers in Nature die aantonen dat je een neuron kan activeren door druk. We betreden hiermee wel onbekende onderzoekspaden. Een van de problemen is dat lucht ultrasone golven absorbeert en we weten niet op welke afstanden er voldoende energie overblijft om iets te voelen. En het effect is ook afhankelijk van de gevoeligheid van biologische receptoren. Zo zouden die in de hand gevoelig genoeg moeten zijn, maar is er minder zekerheid over receptoren elders op de huid.

Rekenkracht

Een derde niet onbelangrijke uitdaging is de rekenkracht die dit soort complexe toepassingen vereisen. Zolang er een verbinding is met 'de cloud' of een centrale server, heb je in principe voldoende rekenkracht ter beschikking. Maar in toenemende mate willen we alles mobiel en heel erg snel. Er gebeurt daarom ook veel onderzoek naar het vergroten van de intelligentie en de rekencapaciteit van mobiele toestellen. Met name in het domein van artificiële intelligentie. Bijvoorbeeld voor autonome voertuigen die sneller moeten beslissen dan dat gegevens op en neer kunnen gestuurd worden naar de cloud. De vooruitgang in dit domein zal - samen met gerichte voortgang in AR/VR/MR/... - ervoor zorgen dat de vermenging van de virtuele en reële wereld nog meer gangbaar en toegankelijk wordt. En we in een verre toekomst mogelijk geen onderscheid meer maken tussen reëel en virtueel en als haast vanzelfsprekend slechts over één gemengde wereld spreken.

Chris Van Hoof (PhD, KU Leuven 1992) is vice-president R&D, Connected Health Solutions bij imec en leidt teams op drie verschillende imec sites (Eindhoven, Leuven en Gent). Imec's 'Connected Health Solutions'-teams maken oplossingen voor het monitoren van patiënten met chronische aandoeningen en voor preventieve geneeskunde met behulp van virtuele coaches.

.

.HologrammenOp het vlak van beelden, kom je in eerste instantie bij de resolutie van bestaande apparatuur. Die moet bij veel VR-brillen nog hoger om het gevoel van onderdompeling (immersie) completer te maken. En eigenlijk wil je liever helemaal geen onhandige 'doos' meer op je hoofd. Dan komen hologrammen om de hoek kijken: virtuele objecten die je met het blote oog kan zien. Omdat je dan geen bril of smartphone-/cameralens nodig hebt, kan je als arts je volledige zicht benutten en houd je je handen vrij tijdens een behandeling. Het voordeel is ook dat je de 'echte' driedimensionale beeldervaring hebt. Alle andere technologieën creëren diepte door twee verschillende beelden op je linker- en rechternetvlies te projecteren. Hoofdpijn bij gebruikers is daarbij nooit helemaal uit te sluiten. Nobelprijswinnaar Dennis Gabor beschreef al bijna honderd jaar geleden wat er nodig is om realistische hologrammen te maken. En nu komen we ook dicht bij de effectieve realisatie ervan. De grootste uitdaging zit 'm in de nauwkeurigheid waarmee je licht kan manipuleren. Voor hologrammen moet je de fase van het licht manipuleren op een kwart van de golflengte. Je hebt dan pixels nodig van 100 nanometer; ruim tweehonderd keer kleiner dan die van huidige displays. Met lasers kan het al wel. Er bestaan demonstraties van statische hologrammen gegenereerd door lasertechnologie op silicium chips. Binnen enkele jaren zullen we ook dynamische hologrammen met hoge precisie in een ruimte kunnen projecteren.Voelen vanop afstandNu is een virtueel object zien al mooi, maar wat als je ze ook wil voelen? Het is geen sinecure om je eigen handen te kunnen gebruiken om virtuele objecten te manipuleren. De meest gangbare oplossing in VR is om gebruik te maken van joysticks of hightech handschoenen. Veel liever zou je virtuele objecten met je eigen handen voelen. Imec werkt aan een technologie om voelen vanop afstand mogelijk te maken. Met behulp van ultrasone golven kan je een gevoel van aanraking simuleren. Voor artsen kan dit een meerwaarde hebben door bijvoorbeeld bij een gesimuleerde ingreep ook een realistische tegenkracht te voelen. Ook zou je met ultrasone golven op een niet-invasieve manier druk kunnen uitoefenen op specifieke plaatsen ín het lichaam. Zo zijn er papers in Nature die aantonen dat je een neuron kan activeren door druk. We betreden hiermee wel onbekende onderzoekspaden. Een van de problemen is dat lucht ultrasone golven absorbeert en we weten niet op welke afstanden er voldoende energie overblijft om iets te voelen. En het effect is ook afhankelijk van de gevoeligheid van biologische receptoren. Zo zouden die in de hand gevoelig genoeg moeten zijn, maar is er minder zekerheid over receptoren elders op de huid.RekenkrachtEen derde niet onbelangrijke uitdaging is de rekenkracht die dit soort complexe toepassingen vereisen. Zolang er een verbinding is met 'de cloud' of een centrale server, heb je in principe voldoende rekenkracht ter beschikking. Maar in toenemende mate willen we alles mobiel en heel erg snel. Er gebeurt daarom ook veel onderzoek naar het vergroten van de intelligentie en de rekencapaciteit van mobiele toestellen. Met name in het domein van artificiële intelligentie. Bijvoorbeeld voor autonome voertuigen die sneller moeten beslissen dan dat gegevens op en neer kunnen gestuurd worden naar de cloud. De vooruitgang in dit domein zal - samen met gerichte voortgang in AR/VR/MR/... - ervoor zorgen dat de vermenging van de virtuele en reële wereld nog meer gangbaar en toegankelijk wordt. En we in een verre toekomst mogelijk geen onderscheid meer maken tussen reëel en virtueel en als haast vanzelfsprekend slechts over één gemengde wereld spreken..