Medan fåglar naturligt uppfattar jordens magnetfält och använder det för orientering, människor delar inte denna förmåga - åtminstone, tills nu. Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) i Tyskland har utvecklat en elektronisk hud (e-skin) med magnetkänsliga egenskaper som är tillräckligt känsliga för att upptäcka och digitalisera kroppsrörelser i jordens magnetfält. Eftersom denna e-skin är extremt tunn och formbar, den kan enkelt fästas på mänsklig hud för att skapa en bionisk analog av en kompass. Detta kanske inte bara hjälper människor med orienteringsproblem, men skulle också kunna underlätta interaktion med objekt i virtuell och förstärkt verklighet. Resultaten har publicerats i tidskriften Naturelektronik .

Svep bara din hand åt vänster och den virtuella pandan på skärmen börjar ta sig ner till vänster. Svep handen åt höger och du kan få det svartvita djuret att vända sig åt motsatt håll. Denna demonstration påminner om den berömda scenen från filmen Minoritetsrapport där Tom Cruise styr en dator med bara handgester. Detta science-fiction-scenario har nu blivit verklighet tack vare Dr. Denys Makarov och hans team av HZDR-forskare. Allt som behövs är en bit polymerfolie, inte mer än en tusendels millimeter tjock, fäst vid ett finger — och jordens magnetfält.

"Foliet är försett med magnetfältssensorer som kan ta upp geomagnetiska fält, " säger huvudförfattaren Gilbert Santiago Cañón Bermúdez. "Vi pratar om 40 till 60 mikrotesla – det vill säga 1, 000 gånger svagare än magnetfältet för en typisk kylmagnet. "

Detta är den första demonstrationen av mycket kompatibla elektroniska skal som kan styra virtuella objekt beroende på interaktion med geomagnetiska fält. De tidigare demonstrationerna krävde fortfarande användning av en extern permanentmagnet. "Våra sensorer gör det möjligt för bäraren att kontinuerligt försäkra sig om sin orientering med avseende på jordens magnetfält. Därför, om han eller kroppsdelen som är värd för sensorn ändrar orientering, sensorn fångar rörelsen, som sedan överförs och digitaliseras för att fungera i den virtuella världen."

Precis som en vanlig kompass

Sensorerna, ultratunna remsor av det magnetiska materialet permalloy, arbeta med principen om den så kallade anisotropa magneto-resistiva effekten. Cañón Bermúdez säger, "Det betyder att det elektriska motståndet i dessa skikt ändras beroende på deras orientering i förhållande till ett yttre magnetfält. För att anpassa dem specifikt med jordens magnetfält, vi dekorerade dessa ferromagnetiska remsor med plattor av ledande material, i detta fall guld, anordnad i 45 graders vinkel. Således, den elektriska strömmen kan bara flyta i denna vinkel, vilket ändrar sensorns svar för att göra den mest känslig kring mycket små fält. Spänningen är starkast när sensorerna pekar norrut och svagast när de pekar söderut." Forskarna genomförde utomhusexperiment för att visa att deras idé fungerar i praktiska miljöer.

Med en sensor ansluten till ett pekfinger, användaren började från norr, första kursen västerut, sedan söderut och tillbaka igen - vilket får spänningen att stiga och falla igen i enlighet därmed. De visade kardinalriktningarna matchade de som visas på en traditionell kompass som används som referens. "Detta visar att vi kunde utveckla den första mjuka och ultratunna bärbara sensorn som kan återskapa funktionen hos en konventionell kompass och prospektivt ge konstgjord magnetoception till människor, "Säger Bermúdez. Forskarna kunde också överföra principen till virtual reality, använder sina magnetiska sensorer för att styra en digital panda i datorspelsmotorn, Panda3D.

I dessa experiment, pekande mot norr motsvarade en rörelse av pandaen till vänster, pekar söderut mot en rörelse till höger. När handen var till vänster, dvs magnetisk nord, pandan i den virtuella världen började röra sig i den riktningen. "Vi kunde överföra verkliga geomagnetiska stimuli rakt in i den virtuella världen, "Denys Makarov säger.

Eftersom sensorerna tål extrem böjning och vridning utan att förlora sin funktionalitet, forskarna ser stor potential inom flera områden. "Psykologer, till exempel, kunde studera effekterna av magnetoception hos människor mer exakt, utan skrymmande enheter eller besvärliga experimentinställningar, som är benägna att snedvrida resultaten, " säger Gilbert Santiago Cañón Bermúdez.