NASA bruger virtual reality til at træne astronauter

Virtuel Realitet: Et helhedsorienteret blik på mekanismer fra applikation til applikation

Indgang og konceptuel ramme

Virtual reality (Sanal Gerçeklik, VR), kullanıcıyı fiziksel ortamından kopararak dijital olarak üretilmiş, çok boyutlu ve etkileşimli bir çevrede var olma hissi yaratılan teknolojik paradigmadır. Günümüzde artık fütüristik bir kavram olmaktan çıkıp eğitimden güvenlik operasyonlarına, tıptan endüstriyel eğitime kadar toplumun neredeyse her nişinde kendine yer bulan bir araç haline gelmiştir (1).

VR’s grundlæggende funktionsprincip bygger på at overbevisende at styre menneskes sanser via visuelle, auditive og taktile kanaler. Følelsen af, at brugeren har det som om, de er “til stede” i det virtuelle miljø, kaldes , og dette betragtes som det mest kritiske mål, der stræbes efter i designet af VR-systemer (2).

Teknik Mekanizmalar ve Bileşenler

Mekanik parçalar, karmaşık makinelerin ve sistemlerin temel yapı taşlarıdır. Bu parçalar, hareket ve gücün kontrollü bir şekilde aktarılmasını sağlar. Mekanik sistemlerde yaygın olarak kullanılan temel parçalar şunlardır: dişli çarklar, miller, yataklar, kayışlar, zincirler, pinyonlar, kranklar, eksantrikler, bilyalı vidalar, raylar ve kaydırıcılar.

Dişli çarklar, bir mildeki dönme hareketini başka bir mile aktarmak için kullanılır. Çeşitli dişli tipleri vardır: düz dişliler, konik dişliler, helikal dişliler, solenoid dişliler ve böbrek dişliler. Her birinin kendine özgü avantajları ve kullanım alanları vardır.

Miller, dönme hareketini veya eksenel kuvveti ileten silindirik bileşenlerdir. Miller, dişli çarklar, kayış kasnakları ve diğer aktarma organları gibi bileşenlerin bir araya gelmesini sağlar. Yataklar, milleri destekler ve sürtünmeyi azaltarak daha smooth bir çalışma sağlar.

Kayışlar ve zincirler, iki mesafe arasındaki gücün aktarılmasında kullanılır. Kayışlar sessiz çalışırken, zincirler daha yüksek yükleri taşıyabilir. Pinyonlar, kayış ve zincir sistemlerinde dişli mekanizmalarının bir parçasıdır.

Kranklar ve eksantrikler, dönme hareketini doğrusal harekete dönüştürür. Bu mekanizmalar, otomotiv motorlarında, preslerde ve diğer endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Bilyalı vidalar ve raylar, hassas doğrusal hareket sağlayan bileşenlerdir. Kaydırıcılar ise sürtünmeyi minimize ederek kayma hareketini sağlar.

Billedfremvisning og stereoskopisk billede

VR’s ryggrad dannes af , også kendt som hovedbårne visere. Disse enheder skaber en stereoskopisk dybdeopfattelse ved at levere separate billeder til hvert af brugerens øjne. Denne forskel i øjnenes indbyrdes afstand () gør det muligt for hjernen at tolke objekters afstand og styrker dermed følelsen af tilstedeværelse (3).

Systemernes grundlæggende parametre, der skal opfyldes, er følgende:

• Opdateringshastighed (refresh rate):motion sickness
• Alan af syn (Field of View, FOV):
• Forsinkelse (latens):

Overvågningssystemer og motion tracking

Brugerens hovedbevægelser spores i realtid ved hjælp af , optiske sensorer og nogle gange eksterne mekaniske kameraer. Disse systemer muliggør en synkronisering af den virtuelle verden med brugerens bevægelser ved at sikre præcis sporing på mikrosekund-niveau (4).

Dokusal genfeedback (haptisk feedback)

Én tidligere VR-opstillinger var en af de svageste punkter manglen på evnen til at “føle” objekter. For at lukke dette hul er der udviklet -teknologier. Robotten kaldet , der bruges i NASA’s virtual reality-laboratorium, simulerer, hvordan fysiske egenskaber som et legemes masse og inertimoment kan føles i et mikrogravitetsmiljø ved hjælp af avanceret fysik; men den kræver ikke en model i fuld skala (5).

Sektorspecifikke Anvendelser: Eksemplet fra Rumforskning

Astronauttræning og rumvandringssimulering

NASA’s omfattende VR-laboratorium har astronauternes forberedelser til det, der kaldes rumvandringer, som sit centrum. En rumvandring indebærer, at astronauten forlader rumfartøjets miljø og ud i rummet for at udføre opgaver såsom fejlfinding eller udskiftning af moduler (6).

De fleste af disse operationer i rummet udføres omkring den Internationale Rumstation. Siden 1998 har ISS været i kredsløb, og der opstår periodisk vedligeholdelsesbehov på den ydre del af stationen, hvor to eller flere astronauter forskipper og udfører reparationerne.

I tidligere tider var usikkerheden ved rumvandringer fået NASA-forskere til at undersøge oplevelsen af at gå i et virtuelt miljø i midten af 1980’erne for at reducere antallet af uheld (7). I dag ved næsten alle astronauter, der tildeles til Den Internationale Rumstation, hvad de kan forvente, når de kommer ud i det ydre rum.

Forskellige simulationsmoduler

NASA’s VR-oplevelse beriger tre grundlæggende komponenter:

1. Grafiksel 3D ISS-model:
2. Charlotte robot:
3. SAFER-benihedens simulation:

Samarbejdsprojekter med forøget virkelighed

NASA har i samarbejde med Microsoft iværksat -initiativet til øget realisme. Dette projekt sigter mod at lette kommunikationen mellem astronauter og jordhold ved at bruge HoloLens, verdens første trådløse holografiske computer (10). På samme måde forbinder -projektet videnskabsfolk med Mars-omgivelserne i en virtuel miljø ved at bruge datastrømmen fra Curiosity-planet-roveren; det giver forskere mulighed for at undersøge planetens geologi under en situation, hvor fysisk adgang til Mars med ubemandet udstyr ikke er mulig (11).

Kliniske og uddannelsesmæssige perspektiver

Anvendelse i medicinsk område

VR’s kliniske anvendelser leverer vidensbaserede resultater inden for områder såsom traumeuddannelse, kirurgisk simulering og . VR-systemer, der anvender eksponeringsterapi i en sikker miljø for patienter med posttraumatisk stresforstyrrelse (PTSD), betragtes som en effektiv supplerende behandlingsform inden for psykoterapi (12).

Uddannelse og kompetenceudvikling

Den i undervisning er den største fordel ved VR muligheden for fejlfri gentagelse i risikable eller omkostningsintensive miljøer. Platforme som Unimersiv gør VR-applikationer til undervisningsformål tilgængelige gratis på enheder som Rift, Gear VR, Daydream og Cardboard, hvilket øger tilgængeligheden (13). Denne tilgang har stort potentiale med hensyn til at konkretisere abstrakte begreber og skabe interaktive læringsoplevelser.

Akademik başarılar ve gelecek perspektifi

Akademik başarılar ve gelecek perspektifi

Son yıllarda yapay zeka ve makine öğrenimi alanındaki gelişmeler, veri biliminin öneminin giderek artmasına yol açtı. Bu alanda uzmanlaşan araştırmacılar, büyük veri setlerini analiz ederek karmaşık problemleri çözme ve geleceğe dair öngörüler geliştirme konusunda önemli katkılar sağlıyor.

Veri bilimi eğitimi alan öğrenciler, istatistik, matematik ve bilgisayar bilimi gibi disiplinlerarası konuları kapsayan kapsamlı bir eğitim alıyorlar. Bu eğitim sayesinde hem teknik beceriler ediniyorlar hem de analitik düşünme yeteneklerini geliştiriyorlar.

Gelecek perspektifi açısından veri bilimi, neredeyse her sektörde büyük fırsatlar sunuyor. Sağlık hizmetlerinden finance sektörüne, eğitimden ticarete kadar birçok alanda veri analizi uzmanlarına ihtiyaç duyuluyor. Bu durum, alanda kariyer yapmak isteyen gençler için heyecan verici olanaklar yaratıyor.

Akademik araştırmalar, veri biliminin sadece teknik bir alan olarak kalmayıp, aynı zamanda toplumsal sorunların çözümünde de kritik bir rol oynayabileceğini gösteriyor. Etik veri kullanımı ve gizlilik konuları da bu alandaki çalışmaların önemli bir parçasını oluşturuyor.

Virtual reality-teknologien har blitt noe mer enn kun underholdningsbransjen; den har blitt et forskningsverktøy som omdefinerer hvordan vi oppfatter virkeligheten. Bruksspekteret som strekker seg fra NASAs romtrening til terapeutiske anvendelser i medisin, viser tydelig denne teknologiens tverrfaglige oppbygging og vitenskapelige dybde (14).

Fremtidens VR-udvikling vil gå i retning af højere opløsning, forbedret haptisk feedback, integration af virtualitet med augmented reality () og AI-støttede dynamiske miljøsimuleringer. Det er op til forskerne at fortsætte med at vurdere bidragene fra disse fremskridt inden for området menneske-dator-interaktion (15).

Akademisk Vurdering og Bibliotek

Noter vedrørende den videnskabelige indhold i teksten:

Kildehenvisning:

1. Sloman, S., & Fernback, P. (2018). . O’Reilly Media.
2. Witmer, B. G., & Singer, M. J. (1998). Måling af nærvær i virtuelle miljøer: Et nærværsspørgeskema. , 1(3), 225–240.
3. Slater, M., & Wilbur, S. (1997). Et framework for immersive visuelle simulationer med et HMD. , 6(2), 183–197.
4. Steinman, B., et al. (2019). Head-tracking nøjagtighed i VR-systemer til forbrugerbrug. .
5. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2016). Virtual Reality Lab: Astronaut Training Systems [arkivkilde].
6. National Aeronautics og Space Administration. (2017). Manual til operationer med rumvandring (EVA). Washington, D.C.
7. Sabesan, N., m.fl. (2015). Virtuel virkelighed til træning af rumvandringer: Historisk udvikling og nuværende anvendelser. , 116, 34–42.
8. NASA Human Exploration and Operation Mission Directorate. (2018). VR Training Infrastructure Report [arkivkilde].
9. SafER-systemets tekniske specifikation. Fælles EVA-dokumentation fra Det Europæiske Rumfartsagentur og NASA.
10. Microsoft Corporation & NASA. (2015). Project Sidekick: HoloLens i den Internationale Rumstation — Demonstrationsrapport september 2015.
11. OnSight Team, University of California San Diego & NASA JPL. (2016). At forbinde videnskabsfolk med Mars via augmented reality med OnSight og Curiosity-rovers data. .
12. Rizzo, S., & Shilling, R. (2017). Kliniske virtual reality-værktøjer til diagnose og behandling: Nye muligheder for patientbehandling. , 8, 534.
13. Unimersiv-platformens dokumentation. VR-uddannelsesapplikationer [arkivkilde].
14. Makransky, G., & Terkildsen, G. S. (2019). Tilsætning af immersiv virtuel virkelighed til et videnskabsklasseværelse: Rollen for forudgående viden og rumlig evne inden for kognitiv belastning og læringsresultater. , 135, 1–16.
15. Melzer, A., et al. (2020). Nyere tendenser inden for blandet realitet og AI-drevne miljøer til menneske-dator-interaktion. .

Kildeboglisten indeholder NASA- og Unimersiv-kilder, som er hentet direkte fra arkivets rå tekst; de videnskabelige referencer byder derimod på de grundlæggende arbejder inden for emnets litteratur.

Kildefodnote: Denne undersøgelse blev udarbejdet og opdateret i et akademisk teknisk reviewformat baseret på arkiveret dokumentation fra https://unimersiv.com/how-nasa-is-using-virtual-and-augmented-reality-to-train-astronauts-37/.