Skip to content
Home » Uiterwaal gebruikt Catalyst-prijs om augmented reality, kwantumfysica te huwen | NebraskaVandaag

Uiterwaal gebruikt Catalyst-prijs om augmented reality, kwantumfysica te huwen | NebraskaVandaag

    Uiterwaal gebruikt Catalyst-prijs om augmented reality, kwantumfysica te huwen |  NebraskaVandaag

    Het onzichtbare bekijken. Krimpen tot het subatomaire niveau. Het rijk van het kleine begrijpen, waar de constanten van de alledaagse, intuïtieve, vallende natuurkunde wijken voor onzekerheden, waarschijnlijkheden en paradoxen die soms de hersenen breken van zelfs degenen die ze bestuderen – die kwantummechanica bestuderen.

    Als een van de relatief weinige mensen op aarde die deze mechanica van het minuscule echt begrijpt, wil Cornelis “Kees” Uiterwaal al lang dat anderen de wonderen van zijn vakgebied zouden zien zoals hij ze in zijn hoofd ziet.

    “Er zijn veel momenten in de natuurkunde en kwantummechanica, in het bijzonder, waar je te maken hebt met dingen die je je niet kunt voorstellen, omdat je in je dagelijkse leven geen analogieën (voor hen) hebt”, zegt Uiterwaal, universitair hoofddocent van natuurkunde en astronomie in Nebraska. “Daar heb ik dus lang over nagedacht. Hoe kun je dat visualiseren?”

    Daarna leerde hij over augmented reality: technologie waarmee de drager van een headset door de computer gegenereerde, driedimensionale objecten in de fysieke wereld kan bekijken en ermee kan omgaan. Dankzij een tweejarige beurs van $ 629.692 ontwikkelt Uiterwaal en een multidisciplinair kader van collega’s zich nu AR ervaringen die de principes verklaren, en hopelijk het ontzag overbrengen, van de fysieke verschijnselen die plaatsvinden op de kleinste schaal.

    Het nieuwe project — Quantum Business, Arts and Science for Society, of Q-BAS – komt met dank aan Nebraska U’s Grand Challenges Catalyst Competition. Die vierjarige inspanning van $ 40 miljoen zal aanpakken wat kanselier Ronnie Green, het Office of Research and Economic Development en de Husker-gemeenschap hebben geïdentificeerd als zeven van de ‘slechte problemen’ waarmee de samenleving wordt geconfronteerd. Twee van die zeven thema’s? Quantum Science and Engineering, waar de expertise van Uiterwaal ligt, en Science and Technology Literacy for Society, waar de augmented reality om de hoek komt kijken.

    Hoewel Uiterwaal had geweten over AR een tijdje duurde het tot hij Jesse Fleming, oprichter en directeur van het Awareness-Based Design Lab in het Johnny Carson Center for Emerging Media Arts in Nebraska, ontmoette, dat hij zijn ware belofte voor de kwantumfysica begon te begrijpen. Niet lang daarna, met de steun van het Carson Center en het Department of Physics and Astronomy, creëerde het paar een rechttoe rechtaan AR ervaring die in wezen als proof of concept diende voor de visie van Uiterwaal.

    “Ik was gefascineerd, want het is één ding om een ​​visioen in je hoofd te hebben”, zei Uiterwaal. “Het is iets heel anders om het dan te zien zoals je hoopt dat het is. En toch is er zoveel te ontdekken. Ik kroop er letterlijk onder om er zeker van te zijn dat, ja, het was 3D. Het was een fantastische ervaring.”

    Die demonstratie ondersteunde wat Uiterwaal had vermoed: dat kleur en geluid, ‘die op de kwantumschaal weinig betekenis hebben’, desondanks mensen genoeg konden boeien om hen te helpen aversies tegen natuurkunde te overwinnen die anders leren en geletterdheid zouden belemmeren.

    “Ons gevoel is dat als iets visueel, artistiek indrukwekkend is, je eerder geneigd bent om je ervoor open te stellen”, zegt Uiterwaal. “Je wordt vatbaar voor meer gecompliceerde of andere soorten ideeën.

    “Op het moment dat je de geest van mensen daar hebt gevangen, sta je open voor meer begrip.”

    Het duo heeft sindsdien Husker-natuurkundige Herman Batelaan, scheikundige Alena Moon en multimediakunstenaar Jinku Kim, plus Chris Moore van de Universiteit van Nebraska Omaha, aangeworven om de educatieve waarde van kwantumgerichte AR ervaringen.

    Een van die ervaringen zal zich richten op het opnieuw creëren van het experiment met dubbele spleet, dat een van de meest contra-intuïtieve aspecten van de kwantummechanica aantoont: elektronen en andere kwantumentiteiten, inclusief licht, kunnen zich tegelijkertijd gedragen als zowel deeltjes als golven. Een versie van het experiment omvat het richten van een elektronenafvuurapparaat op een scherm dat oplicht waar het door die elektronen wordt geraakt. Tussen de elektronen en het scherm staat een wand met twee verticale spleten die de elektronen doorlaten.

    Als elektronen zich alleen als deeltjes zouden gedragen, zou de onderzoeker verwachten dat een eenvoudig patroon – twee heldere pilaren achter hun respectieve spleten – op het scherm zou verschijnen. In plaats daarvan genereert het experiment meerdere pilaren van helderheid die worden gescheiden door gaten van relatieve duisternis. Het blijkt dat dat in wezen hetzelfde patroon is dat ontstaat wanneer golven, inclusief rimpelingen van water, met elkaar interfereren. Vreemdeling stil? Wanneer de elektronen worden geregistreerd terwijl ze door de ene of de andere spleet gaan, komt dat interferentiepatroon niet naar voren, in plaats daarvan levert het het eenvoudigere twee-pijlerpatroon op dat alleen van het gedrag van deeltjes wordt verwacht.

    De teams AR ervaring zal gegevens bevatten – de locaties van werkelijke elektronen die een echt scherm raken – van een door Batelaan ontworpen versie van het experiment, zei Uiterwaal. In feite zal de hele ervaring worden gesuperponeerd op het laboratorium van Batelaan in Jorgensen Hall. Maar de AR zal ook die snelheid van het licht-elektronen vertragen tot een rustig tempo, ze zichtbaar maken voor het menselijk oog, en filmische bloei vertonen die de wetenschap achter alle gekheid vergezellen. Al die tijd kan een gebruiker die een headset draagt, rond of door de scène lopen en in feite optreden als zijn eigen cameraman.

    “Misschien hoor je een geluid wanneer een elektron het scherm raakt: ‘Boooooommm!'”, zei Uiterwaal, het geluid in zijn geestesoor nabootsend. “We hebben een componist aan boord die we speciaal voor dat doel hebben ingehuurd.”

    Moon en Moore zullen ondertussen testen hoe goed AR Ervaringen helpen studenten de wetenschappelijke principes in hun kern te leren. Eerdere studies van Moon’s groep hebben onthuld hoeveel studenten moeite kunnen hebben om grootschalige Newtoniaanse fysica in kaart te brengen op de bizarre resultaten van de kwantummechanica, zoals wanneer ze zich afvragen of de donkere gaten van het dubbelspletenexperiment schaduwen kunnen zijn. Met dat in gedachten zal de groep van Moon studenten interviewen na hun AR ervaringen om hun “real-time betekenisgeving” van verschillende schalen te meten, van het kwantum tot het microscopische tot het macroscopische.

    “Als je een product maakt, is het heel gemakkelijk om ervan overtuigd te raken dat het een handig hulpmiddel gaat worden, omdat je het zo leuk vindt, en je hebt er zoveel tijd, geld en werk in geïnvesteerd”, zegt Uiterwaal. “Maar we willen weten of het echt effectief is.”

    Hoewel de QBAS project staat nog in de kinderschoenen, Uiterwaal denkt al vooruit. Toen hij voor het eerst zijn huiswerk begon te maken over op wetenschap gerichte ARworstelde hij om veel ervaringen te vinden die betrekking hadden op natuurkunde van welke aard dan ook, laat staan ​​​​kwantummechanica.

    “Technologie heeft inhoud, waarbij technici worden getraind om een ​​of andere gecompliceerde motor of een onderdeel van apparatuur virtueel uit elkaar te halen, zodat ze op een effectievere, directere manier kunnen leren”, zei Uiterwaal. “En in de geneeskunde kun je een hart uit elkaar halen en het aan je studenten laten zien. Maar in de natuurkunde is er een absoluut gebrek aan inhoud.”

    Uiterwaal ziet een kans om een ​​startend bedrijf op te richten dat de leegte kan opvullen met juist op fysica gebaseerde AR ervaringen waar zijn team nu mee bezig is. Maar voordat hij verder gaat, volgt hij een cursus van NUtech ventures, het filiaal voor de commercialisering van technologie van de universiteit, dat potentiële ondernemers helpt bij het analyseren van een markt – in dit geval de AR markt. Hoewel het “alles behalve een drukke” is op het gebied van natuurkunde, heeft Uiterwaal duidelijk de les geleerd dat aanbod weinig betekent zonder vraag.

    “Als je een succesvolle startup wilt hebben, praat je het beste niet over je technologie, maar eerst over welke problemen je klanten hebben die ze moeten oplossen”, zegt Uiterwaal. “Dus we volgen deze cursus en hopen op basis daarvan een product te ontwikkelen dat aan hun behoeften voldoet in plaats van alleen een product te maken, naar mensen te gaan en te zeggen: ‘Kijk, dit is cool.'”

    Wat niet wil zeggen dat het Uiterwaal aan ideeën ontbreekt. Als de juiste uitgevers ervoor open zouden staan, zou hij zich een toekomst kunnen voorstellen waarin zijn team integreert AR in leerboeken over kwantumfysica. Misschien zouden studenten, in plaats van zich te verdiepen in de gebruikelijke esoterische diagrammen over atomaire dynamica, de instructie krijgen om een ​​specifiek programma te laden, hun AR headsets en kijk hoe atomen boven hun leerboeken zweven. In plaats van te proberen betekenis te geven aan een statische, 2D-weergave, zouden studenten merken dat ze naar die 3D-dynamiek in actie kijken, terugspoelen, roteren en inzoomen.

    De prijs moet natuurlijk goed zijn, en Uiterwaal zei dat het, althans voorlopig, onbetaalbaar zou kunnen zijn. maar AR technologie, zoals alle technologie, zal alleen maar in prijs dalen. Als dat gebeurt, wil hij klaar zijn.

    “Daar zijn we nog ver van verwijderd”, zei hij. “Maar uiteindelijk is ons doel om dit echt open te stellen voor een veel breder publiek.”