Augmented-Reality-Sandkasten macht Gravitation anschaulich

Der Augmented-Reality-Sandkasten, den Studenten an der University of Iowa (UI), Department of Physics and Astronomy, gebaut haben, dürfte nicht nur Kinder interessieren. Mit ihm können Anwender ein eigenes Universum aus Sand gestalten und erfahren, wie sich die Gravitation auf ein Objekt in der selbst geschaffenen Umgebung auswirken würde, etwa auf ein Raumschiff oder einen Kometen.

Der von der U.S. National Science Foundation (NSF) unterstützte Augmented-Reality-Sandkasten namens Gravbox ist das erste interaktive System seiner Art, das in der Astrophysik Anwendung finden soll. Ähnliche Lösungen gibt es für die Geologie und die Konstruktion, aber die Studenten haben das Konzept weiterentwickelt, um die Gravitation, eine nicht so einfach zu erklärende und zu verstehende Kraft, anschaulich zu machen.

Hai Fu, Professor für Physik und Astronomie, sagt, dass der Sandkasten genutzt werden könne, um die fundamentalen Prinzipien der Physik zu lehren. Dazu gehöre die Gravitationsdynamik, die unter anderem an der Verteilung der Sterne, der Formen und der Entwicklung der Galaxien beteiligt sei.

Er plant, den Sandkasten für astronomisch interessierte Amateurgruppen, als Exponat für Museen und in Vorführungen für Kinder einzusetzen. Die Studenten haben die Software öffentlich zugänglich gemacht und eine Website mit einer Anleitung für das System erstellt.

Fu hat die 10 Studenten im Herbst 2016 im Rahmen seiner zweisemestrigen Einführung in die Astrophysik mit seiner Idee vertraut gemacht. Das Projekt sollte die Lerninhalte ergänzen. Zu Beginn skizzierte er das Projekt in groben Umrissen. Es schien unmöglich, wie sich eine der Beteiligten erinnert. Doch die Studenten nahmen die Herausforderung an und bildeten drei Teams.

Eines befasste sich mit dem Entwurf und der Konstruktion einer Struktur, die 200 Pfund Sand aufnehmen konnte. Für die Basis sägten sie Holzteile zu, bauten und befestigten die Plattform für den Projektor und konstruierten einen ausziehbaren Schrank für Rechner, Tablet-PC und Kabel.

Ein zweites Team konzentrierte sich auf den Algorithmus für die Berechnung der Schwerkraft, wenn sie die Objekte auf ihrer Reise durch den Sandkasten beeinflusst. Dafür haben die Studenten eine Software entwickelt, mit der sich die Bahn der Objekte abhängig von den Veränderungen in der Umgebung berechnen und kalibrieren lässt. Die Reaktionszeiten auf Befehle der Anwender konnten von 3 Minuten auf weniger als 1 Sekunde reduziert werden.

Das dritte Team hatte die Aufgabe, eine Schnittstelle für die Gravbox zu entwickeln. Die Gruppe entschied sich für ein eigenes Display. Auf einem am Sandkasten angebrachten Touchpad wählen die Anwender das Objekt aus, das sich durch ihr Universum bewegen soll, und ziehen einen Pfeil, um die Reise des Objekts zu starten. Auf einem Overhead-Monitor sehen sie dann, wie sich die Flugbahn des Objekts verändert, wenn sie die Sandoberfläche, den imaginierten Raum, verändern. Im Sandkasten lassen sich auch Formen simulieren, die in der Natur so nicht vorkommen.

Die größte Herausforderung war nach Ansicht mehrerer Studenten, dafür zu sorgen, dass der Sandkasten sowohl für Kinder als auch für Erwachsene brauchbar und spannend ist.

Video: https://www.youtube.com/watch?time_continue=7&v=IF0AeHP0RSg

Bild: Die University of Iowa hat einen neuen Sandkasten — und der wird genutzt, um die Gravitation zu erklären. Studenten am Department of Physics and Astronomy haben einen Augmented-Reality-Sandkasten geplant und gebaut, in dem Anwender ihr eigenes Universum kreieren können und dann beobachten, wie die Gravitation ein Objekt auf der Reise durch die imaginierte Umgebung beeinflusst. Photo: Tim Schoon

0
RSS Feed

Hat Ihnen der Artikel gefallen?
Abonnieren Sie doch unseren Newsletter und verpassen Sie keinen Artikel mehr.

Mit einem * gekennzeichnete Felder sind Pflichtfelder!

Neuen Kommentar schreiben

Entdecken Sie die Printmagazine des WIN-Verlags