Star Wars-technologie

SCIENCEFICTION WORDT REALITEIT Star Wars-technologie toegepast op aarde

Wie had in 1977, bij het uitkomen van de eerste Star Wars-film, gedacht dat

we op een dag vergelijkbare technologieën zouden toepassen? Bij het

uitkomen van A New Hope waren die immers volledig sciencefiction. Zo’n

veertig jaar later worden ze echter steeds meer realiteit. tekst Barry W. Fitzgerald

Along time ago in a galaxy far, far away...” Een beetje Star Wars-fan herkent dit legendarische intro uit duizenden. Op een achtergrond van sterren brengt deze over het scherm rollende tekst de kijker naar een sterrenstelsel hier ver vandaan. Het “

geheugen wordt even opgefrist met een samenvatting van de voorafgaande gebeurtenissen. En dan begint een nieuwe episode. In december verscheen het laatste deel in de Star Wars-saga: The Rise of Skywalker. Na drie trilogieën eindigt het verhaal in het verafgelegen sterrenstelsel. Intussen lijken Star Wars-achtige technologieën steeds dichter bij planeet Aarde te komen. Met de technologische sprongen die we in onze wereld hebben gemaakt, worden fictieve Star Wars-technologieën steeds meer realiteit. De Ingenieur zet een aantal opvallende op een rij.

De 11-jaar oude Evie Lambert draagt een armprothese met een Frozen-thema. ‘Ze kan nu dingen doen die voorheen onmogelijk waren, zoals haar eigen haar kammen en föhnen’, zegt Evies moeder.

foto Open Bionics

Gevoelige robotarm

Lichtzwaarden zijn onlosmakelijk verbonden met Star Wars. Dat het gevaarlijke wapens zijn is wel duidelijk. Anakin verloor een deel van zijn rechterarm in een gevecht met graaf Dooku in Star Wars II: Attack of the Clones. En Luke Skywalker moet zijn rechterhand missen sinds een confrontatie met Darth Vader in Star Wars V: The Empire Strikes Back. Gelukkig konden zij worden geholpen met een geavanceerde robotprothese, die niet onderdoet voor menselijke ledematen. Toen in 1980 Star Wars V: The Empire Strikes Back werd uitgebracht, had geen kijker kunnen voorspellen dat deze protheses anno 2020 daadwerkelijk worden gemaakt en dat mensen ze echt gebruiken. Zo produceert het Britse bedrijf Open Bionics bionische armen met een 3D-printer, onder de naam Hero Arm. De Hero Arm is een lichtgewicht en betaalbare prothese. Met verwisselbare hoesjes kun je haar zelfs naar eigen smaak aanpassen. Zo kun je kiezen voor de cover die sprekend lijkt op de droid BB-8 van Poe Dameron. Een ander voorbeeld van een robotprothese is de Touch Hand 4. Deze goedkope handprothese is ontwikkeld door Touch Prosthetics, onder meer in samenwerking met de Nelson Mandela University in ZuidAfrika. Hun streven is om een prothesetechnologie toegankelijk te maken voor de inwoners van Afrika.

Een robotprothese is op verschillende manieren aan te sturen. De myo-elektrische aansturing is een manier waarbij sensoren de spierimpulsen rond de stomp meten. Deze signalen worden geanalyseerd met behulp van algoritmes en omgezet in instructies voor de prothese. Zowel de Hero Arm van Open Bionics als de Touch Hand 4 wordt aangestuurd door elektromyografische signalen (EMG), waarbij de elektrische activiteit van de spieren via elektroden op de huid wordt gemeten.

Een tweede manier om een robotprothese aan te sturen werkt via metingen in de hersenen, gebaseerd op signalen die beweging aansturen. Het gaat om neuronen in de hersenschors en de hersenstam

26 | de ingenieur 2 | februari 2020 die de motoriek aansturen en daarvoor elektrische impulsen generer en. Elektrocorticografie (ECoG) meet deze signalen via elektroden die zijn geïmplanteerd op het zachte hersenvlies van de hersenen.

In oktober 2019 werd bekendgemaakt dat een volledig verlamde Fransman weer kon lopen dankzij een ECoG-aangestuurd exoskelet. Het aansturen van protheses met signalen die rechtstreeks worden gemeten in de hersenen, is waarschijnlijk veel intuïtiever dan via EMG – en meer in lijn met hoe Luke Skywalker zijn robothand aanstuurt.

Textuur Voor het aansturen van the Force – het energieveld dat de Jedi kan manipuleren – is het belangrijk dat de hand- en armprotheses in Star Wars haptische feedback kunnen geven aan de drager, zodat hij daadwerkelijk iets voelt wanneer hij een handeling verricht met de prothese. Een prothese kan dan informatie ontcijferen over de textuur, het gewicht of de temperatuur van objecten. De drager krijgt zo dezelfde informatie die normaal gesproken wordt doorgegeven door sensorische neuronen in het lichaam en weet bijvoorbeeld hoe stevig hij een object moet vastpakken. Doorontwikkeling van haptische protheses is nodig om de drager in staat te stellen om op een natuurlijkere manier om te gaan met voorwerpen die hij wil aanraken of oppakken.

Hulp van dienstrobot

In het sterrenstelsel waar Star Wars zich afspeelt komen veel buitenaardse rassen voor. De Wookiees bijvoorbeeld, van wie Chewbacca de bekendste is. En Ewoks: teddybeerachtige wezens die te zien zijn in The Return of the Jedi. Daarnaast spelen robots (droids) een belangrijke rol in Star Wars. In Attack of the Clones vecht een enorm leger droids voor de Separatisten, onder aanvoering van graaf Dooku. Maar er zijn ook intelligentere én vriendelijkere droids, zoals C-3PO, R2-D2 en BB-8.

Paniek De droid C-3PO werd in The Phantom Menace gebouwd door Anakin Skywalker om te helpen bij de communicatie tussen groepen of individuen. Hij is zo geprogrammeerd dat hij diverse buitenaardse talen begrijpt en kan vertalen. R2-D2 en BB-8 zijn reparatiedroids die sleutelen aan de X-Wing (een gevechtsruimteschip) en andere ruimteschepen. Deze droids zijn speciaal ontwikkeld om anderen te helpen met specifieke

taken en worden daarom ook wel dienstdroids of –robots genoemd.

In de hedendaagse samenleving zijn vele voorbeelden van dienstrobots te vinden, zoals de bezorgrobots van robotontwikkelaar Starship Technologies, en de sociale robot Pepper van Softbank Robotics, die met je kan praten. En de VARRAM Pet Fitness Robot: een robot die je huisdieren laat bewegen. Er bestaan ook assistentierobots zoals robot My Spoon, die hulpbehoevenden eten kan geven, en de Barrett WAM Arm, die kan helpen bij het aantrekken van je schoenen.

Dankzij hun gadgets, waarmee ze van alles kunnen repareren, traden R2-D2 en BB-8 al meerdere keren op als redder in nood. In de openingsscène van The Last Jedi is bijvoorbeeld te zien hoe BB-8 het wapensysteem van de X-Wing van piloot en commandant Poe Dameron repareert. Beide droids zijn goed in het oplossen van praktische problemen, maar als er iets fout gaat, gillen R2-D2 en BB-8 het vaak uit, waarmee ze aangeven dat ze angst en zelfs pijn lijken te voelen. Ook C-3PO maakt zich vaak zorgen, piekert zich suf of raakt in paniek.

Eenzaam Droids als C-3PO, R2-D2 en BB-8 kun je beschouwen als een vorm van kunstmatige intelligentie. Hun verbale communicatie bevat akoestische signalen die we associëren met emoties, waarbij deze ‘emoties’ mogelijk worden geregeld door een empathiemodule. Helaas lijkt de module van C-3PO zo ingesteld dat hij altijd angstig is. In de films zorgt zijn constante gepieker voor een komische noot, maar in de praktijk schiet niemand om hem heen er iets mee op. Sterker nog, zijn eeuwige onrust kan er zelfs toe leiden dat zijn emoties overslaan op degenen die hij moet helpen.

In onze wereld kunnen dienstrobots die emoties tonen juist wel nuttig zijn. Mensen die zich eenzaam voelen of last hebben van depressie, zouden baat kunnen hebben bij robots die emotie en empathie kunnen tonen. Een droid als C-3PO zou echter een minder positieve bijdrage leveren aan onze maatschappij. Het gepieker van een robot zou de psyche van mensen geen goed doen. Een kopie van C-3PO zal er dus waarschijnlijk nooit komen. Astromechdroid R2-D2, die in Star Wars reparaties aan de buitenkant van een ruimteschip verricht, zou daarentegen wel heel nuttig zijn voor de mens. Vooral bij reparatiewerkzaamheden onder gevaarlijke omstandigheden, zoals op zee, op een booreiland, aan een ruimtestation of zelfs op Mars.

Sinds 1977 zijn er negen filmdelen verschenen in de grote Star Wars-sage, onderverdeeld in drie trilogieën. Het verhaal speelt zich lang geleden af ‘in a galaxy, far, far away’. De eerste trilogie draait om Luke Skywalker en prinses Leia, die als Jedi-ridders tegen het kwaad strijden. In de tweede trilogie, die zich in chronologisch opzicht vóór de eerste afspeelt, gaat het om Anakin Skywalker, de vader van Luke en Leila, en zijn ommezwaai naar de Dark Side, de slechteriken die uit zijn op galactische overheersing. In de derde trilogie behoort Anakin Skywalkers kleinzoon Kylo Ren tot de slechteriken, maar hij ontwikkelt een sterke band met de ‘goede’ Jedi Rey. Beiden beschikken in gelijke mate over de Force, een geheimzinnige, allesverbindende oerkracht die slechts een enkeling gegeven is, maar die zowel voor het goede als het kwade kan worden ingezet. De verhalen worden aangekleed met tal van bijfiguren: van androïden tot tal van vreemdsoortige schepsels. Andere belangrijke bijrollen zijn weggelegd voor allerhande spectaculaire ruimtevaartuigen.

foto Disney

Communiceren met hologrammen

In de openingsscène van The Last Jedi voert ruimtevaartstrijder Poe Dameron een gewaagde aanval uit op de Dreadnought, een van de grootste ruimteschepen van de First Order. Als hij de kanonnen van de Dreadnought uitschakelt, neemt een verbijsterde generaal Armitage Hux via de holoprojector contact op met kapitein Moden Canady om hem te sommeren de X-Wing van Dameron neer te schieten. Communicatie via hologrammen speelt een

foto Nate Edwards/BYU Photo

In de eerste Star Wars-film A New Hope projecteert de Star Wars-droid R2D2 een 3D-beeld van een wanhopige prinses Leia. Amerikaanse ondezoekers slaagden er in 2018 in vergelijkbare projecties te maken. belangrijke rol in de Star Wars-films. Een hologramprojector creëert levensechte 3D-beelden waardoor het lijkt of de persoon recht tegenover je staat. Het bekendste voorbeeld is waarschijnlijk de opname van prinses Leia, opgeslagen in R2-D2, die werd gevonden door Luke Skywalker in A New Hope. Een klein probleem met de hologrammen in de films is dat ze een beetje vervormd en onscherp zijn. Op aarde werken onderzoekers nu aan een methode om kraakheldere 3D-beelden te creëren die beter zijn dan hologrammen. De technologie die dit mogelijk maakt wordt volumetrische weergave genoemd. Het beeld ontstaat door het laten zweven van een stukje cellulose in een zogeheten fotoforetische optische valstrik. Dat wil zeggen dat het deeltje door de ruimte zweeft en verplaatst kan worden met behulp van lichtstralen. In sommige gevallen is het deeltje gemaakt van materiaal dat overblijft in het productieproces van papier. Zwevend door de ruimte wordt het deeltje verlicht met rood, groen en blauw licht, waardoor een 3D-beeld ontstaat. Als je het beeld van meerdere kanten bekijkt, zie je dat beeld steeds vanuit een iets ander perspectief. Dit is met traditionele hologrammen niet mogelijk.

Vlinder Een van de technieken voor volumetrische weergave wordt optical trap display (OTD) genoemd en is ontwikkeld aan de Brigham Young University in de VS. Daar wist men beelden te creëren van vlinders, prisma’s en zelfs van een van de onderzoekers. Toch kan deze technologie niet tippen aan de holoprojectors in Star Wars, want die kunnen ook bewegend beeld en geluiden overbrengen. Onlangs beschreven onderzoekers van de Tokyo University of Science in Nature een nieuwe techniek voor volumetrische weergave, genaamd multimodal acoustic trap display (MATD). Daarmee kunnen beelden, geluiden en zelfs tastbare gewaarwordingen worden overgebracht. Dit is een enorme sprong voorwaarts en brengt een verbeterde versie van de holoprojectors uit de Star Wars-films mogelijk een stuk dichterbij.

Een aantal van de hoofdrolspelers uit The Rise of Skywalker, het negende en laatste deel van filmreeks. Van links naar rechts: Wookiee Chewbacca, de balvormige droid BB-8, de kleine droid D-0, de humanoïde droid 3-CPO, Rey, Poe en Finn.

Hyperdrive en lichtsnelheid

Onze Melkweg heeft een diameter van meer dan 100.000 lichtjaren (een lichtjaar is zo’n 9,5 biljoen kilometer). Vermoedelijk is het sterrenstelsel van Star Wars ongeveer even groot als onze Melkweg, of misschien nog wel groter. Het afleggen van zulke enorme afstanden vraagt om een voertuig met pit. En daar komt de hyperdrive in beeld. De ruimteschepen in Star Wars leggen kosmische afstanden af met behulp van een hyperdrive, die het mogelijk maakt om te reizen in hyperspace – een dimensie waar een ruimteschip sneller kan reizen dan het licht. Hoewel Star Wars zich afspeelt in een ander sterrenstelsel, worden wel de natuurwetten van ons universum toegepast. Een van die wetten is dat niets de snelheid van het licht kan overtreffen, zoals staat beschreven in de relativiteitstheorie van Albert Einstein.

Topsnelheid Voor aardbewoners is het ontwikkelen van technologieën om toegang te krijgen tot de hyperspace misschien wat lastig. Om te beginnen weten we niet zeker of zo’n hyperspace wel bestaat, hoewel er genoeg theorieën over bestaan. Een ander klein probleem is dat de maximale snelheid waarmee wij kunnen reizen nog maar een fractie is van de licht

OVER DE SCHRIJVER VAN DIT ARTIKEL

Barry Fitzgerald is natuurkundige, auteur en werkzaam als science communication officer aan de TU Eindhoven. Bovendien is hij groot fan van superhelden. Hij heeft een aantal populairwetenschappelijke boeken geschreven, zoals Secrets of superhero science en How to build an iron man suit. Fitzgerald is onder meer te volgen op Twitter (@BarryWScience). snelheid. Het snelste ruimtevaartuig ooit is de Parker Solar Probe, die in november 2018 een topsnelheid bereikte van 343.180 kilometer per uur oftewel 95,33 kilometer per seconde. Dat is ongeveer 0,03 procent van de lichtsnelheid, die ruwweg 300.000.000 meter per seconde is. De Large Hadron Collider (LHC) van CERN kan weliswaar protonen versnellen tot 99,999999 procent van de lichtsnelheid, maar we zijn nog lang niet zo ver dat ruimtevaartuigen zo snel kunnen reizen.

Misschien kunnen motoren met antimaterieaandrijving dat voor elkaar krijgen of vinden we een aantal wormgaten die zijn verborgen in het weefsel van de ruimtetijd. Tot die tijd moeten we het doen met ruimtevaartuigen die de planeten en manen in ons eigen zonnestelsel verkennen. Het reizen in hyperspace moeten we helaas voorlopig overlaten aan het Verzet in Star Wars. |