2012. május 3.

Szerző:
B. Szabó Edina

A plasztikus 3D

A 3D technológia története jóval korábbi időre nyúlik vissza, mint gondolnánk. Azt a ma még mindig varázslatosnak mondható látványt, amit a 3D eszközeivel rögzítenek, már a 19. század végén megcsodálták, mégpedig a londoni világ­kiállításon, 1851-ben. Ekkor mutatták be Viktória királynő 3D-s fotóját.


Számos kísérlet született a technológia tökéletesítésére, míg mára az élet sok területén alkalmazhatóvá vált. A szórakoztatástól a tudományos kutatásokon át az ipari tervezés-gyártás folyamatáig egyre elterjedtebb. A technológiai fejlődés költséghatékonyabb működtetést eredményez, a folyamatos kihívásokkal szembesülő iparágak pedig mindent megtesznek azért, hogy lépést tudjanak tartani egymással.

A hétköznapi 3D – a szórakoztatásban

Amikor 2009-ben bemutatták az Avatar című filmet, a világ egy csapásra elfogadta a 3D létjogosultságát a mozikban. A film kvali­tásairól lehet vitatkozni, azzal azonban semmiképpen sem, hogy James Cameron elindított egy újabb 3D-hullámot a filmkészítés területén. Próbálkozások az ezt megelőző években, sőt évszázadban is voltak, a technológiai fejlődésnek köszönhetően mégis ekkor jött el a pillanat a minőségi ugrásra nem csupán a filmgyártás, de a nézői befogadás terén is. Bár az első IMAX (Image Maximum) filmek kanadai fejlesztőik jóvoltából már a hetvenes években elkészültek, hazánkban az első ilyen mozit csak 2007-ben adták át.

Az utóbbi években a filmipar fejlődésének bizonyítékául már nem csupán őshüllők, dél-afrikai szafari, nemzetközi űrállomás vagy mélytengeri kalandok nyűgözik le a mozizókat. Több két dimenzióban (2D) forgatott filmet újítottak fel látványos technológiával. Mivel pedig mindezt kicsiben is élvezhetővé kell tenni, a há­zi­mozizás új luxusa is kezd kialakulni: 3D televíziók várnak arra, hogy házhoz vigyék a megfelelő élményt. Kérdés persze, hogy összehasonlítható-e a szobaűrcsata a Csillagok háborújából, egy közel életnagyságú – vagy annak nevezett –, arcunkba bámuló T-Rex megpillantásának élményével.

Ahogy a filmek, úgy más médiumok is igyekeznek lépést tartani; a 3D a mozivászonról és a tévéképernyőről lassan átköltözik a számítógépünkre, mobiltelefonunkra is. Az elsősorban szórakoztatási lehetőségen túllépve e technológia a munkában és más hétköznapi tevékenységeinkben is sokat segíthet.

A Toshiba szemüveg nélkül nézhető 3D televízióval igyekszik megelőzni a konkurenciát, az LG Optimus 3D telefon például két kamerával, 3D fénykép és videofelvétel lehetőséggel és szintén szemüveg nélkül nézhető 3D megjelenítéssel operál, az Epson pedig piacra dobta nagy felbontású 3D projektorát. Az utóbbi gyártó előrejelzései szerint a fogyasztók és a tartalomszolgáltatók lassan elkötelezik magukat az új technológia mellett, sőt azt állítják, hogy 2015-re a háztartások közel 30 százalékában lesz 3D. Az élmény teljessé tételéhez pedig szükség lesz a nagyképernyőkre.

Okos 3D – a tudományban

A telekommunikáció forradalmát várja az MTA Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézete (SZTAKI) fejlesztőcsoportja is, amely részt vett egy mozgó alakzatról időben folytonosan változó, dinamikus 3D modellt építeni képes technológia fejlesztésében. A már-már megszokottnak tekinthető motion capture (digitális mozgásrögzítő) technikán túllépve itt nem testre kapcsolt markerek, hanem különböző nézőpontokból rögzített videofelvételek adják a teljes modellt. A módszertant a háromdimenziós számítógépes látás, a grafika és a geometria elemeinek alkalmazása adja. A kapott modellek virtuális térben bárhol és bármekkora mennyiségben elhelyezhetők. Micsoda tömegjelenetek készíthetők így egyetlen ember jelenlétével! Azon túl, hogy mint lehetséges alkalmazási terület jó eséllyel erről is a filmgyártás ugrik be elsőként, a technológiának kiemelkedő jelentősége van az orvostudomány fejlődésében is.

Éppúgy, mint a szintén hazai vonatkozású sikertörténetben szereplő 3D mikroszkópnak. A nemzetközi szinten, több kutatócsoport együttműködésével megvalósított műszer olyan lézermikroszkóp, amely az eddigieket nagyságrendekkel meghaladó sebességgel képes mérni az idegsejtekben zajló folyamatokat, megmutatni az idegrendszer hálózati működését. Ezzel – a világon egyedülálló optikai fejlesztésnek köszönhetően – egyszerre több száz idegsejt aktivitása mérhető, hatékonyan segítve például a központi idegrendszeri megbetegedések kutatását.

Miközben a 3D területén végzett fejlesztések és kísérletezések is nagy intenzitással folynak, az eredményeket sikerrel alkalmazták a manchesteri királyi kórházban. Áprilisban ugyanis megtörtént az első 3D eszközökkel támogatott műtét. Az operáció során a sebészcsapatot 3D kamera és projektor, szemüvegek és robotkar segítette a hatékony beavatkozásban.

3D az iparban

A szoftvertámogatás, a megjelenítés és a gyártási folyamatok technológiai fejlődésének eredményeként azonban a háromdimenziós technológia nem csupán a fenti területeken bizonyította létjogosultságát. Az ipari kutatások, megvalósítási tervek, modellezés vagy prototípusgyártás minden terén alkalmazható technológia precízebb és hosszú távon – ismét csak – költséghatékonyabb megoldásokat tesz lehetővé.

Az autóipartól a gyártástervezésig, a tér­képészettől a szimulációs megoldásokig széles körben alkalmazott 3D kiemelkedő támogatást nyújt a szakemberek számára. A digitális tervezés és szkennelés új távlatai ugyanis lehetővé teszik a megfelelően gyors reagálást az egyes folyamatokban felmerülő problémákra, vagyis a szakemberek rövid időn belül változtatni tudnak. Az AutoCad szoftvercsalád például 1982-es debütálása óta vitathatatlanul vezeti a felhasználói listákat. A fejlesztők által évről évre frissített vagy új komponensekkel új alapokra bővített szoftverek a CAD (Computer Aided Design; Számítógéppel segített tervezés) mesterévé avathatják a hozzáértőket. Az alapszoftverhez kapcsolódó támogatásokat alkalmazva mondhatjuk, hogy nincs lehetetlen – legalábbis ami a digitális 3D megjelenítést illeti.

Ha fizikai megvalósításról beszélünk, a nyomtatást általában síkban, papíralapon képzeljük el. A rendelkezésre álló technológia azonban lehetővé teszi, hogy mindezt háromdimenziós nyomtatásban is megjelenítsük. A térbeli nyomtatás a gyors prototípusgyártás (RP) eszköze, amely a modellanyag rétegeinek egymásra illesztésével alkot háromdimenziós tárgyakat.

A technológia és a modellanyagok folyamatos fejlődése megsokszorozza számos kutatási terület innovációs lehetőségeit. Nem csupán prototípusok vagy replikák gyártását teszi lehetővé, mivel a nyomtatott termékeknek viszonylag nagy az ellenálló képességük. Ezért a 3D nyomtatás a modellezés mellett akár a végfelhasználásra kerülő eszközök gyártására is alkalmas lehet.

Mérhető 3D – magyar siker

Ez a technológia adja a közelmúltban nagy sikert aratott nyomásérzékelő, az Optoforce egyik elemének öntőformáját, amelyet a terület egyik kiemelkedő hazai képviselője, a Varinex Zrt. gyárt. Az Optoforce, a StartUp 2012 verseny nagy nyertese, nem egyszerű nyomásérzékelő. Mivel az erőhatásokat több irányból képes érzékelni – nem csak a „megszokott” dimenziókban –, mind a mérés, mind pedig az eredmények kiértékelése és ábrázolása három dimenzióban mutatkozik meg. A Pázmány Péter Katolikus Egyetem Robotika Laborja adott helyet a kutatásoknak, ahonnan az évek során több sikeres projekt indult el. A kutató-fejlesztőkkel, Tar Ákossal és Veres Józseffel beszélgettünk a 3D-s nyomásérzékelőről.

A versenyen közérthető módon, látványos videóval támasztották alá az eredményeket. A kezükben pedig egy kis eszközt tartottak, amit a hátul ülők aligha láthattak. Az aprócska eszköz maga a termék?
Tar Ákos: Alapvetően igen, a szenzor a termék a maga 2 centiméteres kupolájával. Természetesen több méretben is tudjuk gyártani, a jelenlegi legkisebb méret 10 milliméter. Ehhez tartozik a kiolvasó­egység, amely 3D nyomtatási technológiával készül. A kiolvasódoboz számítógéphez köthető, természetesen minden felhasználó integrálhatja a saját rendszerébe. Ha valaki ugróroboton dolgozik, akkor is könnyen megoldható az összekapcsolás. Ehhez a szenzor többféle méretben és borításban rendelkezésre állhat. Kaphat gumi-, szilikon- vagy rugóacél borítást. A különböző keménységű anyagok befolyásolják az érzékenység tartományát, az egyik jobban, a másik kevésbé terhelhető. A fémkupolás például a kifejezetten nagy terhelések mérésére szolgál, de mindegyik anyag képes deformálódni, majd felvenni az eredeti alakját. A különböző mérések során szükség lehet a legkisebb és a nagyobb, széles spektrumú határok közötti mérhetőségre, az emberi tapintástól a kalapácsütésig. A szenzor egyik kiemelkedő tulajdonsága az, hogy nagyobb erőintervallum átfogására képes. Számunkra az emberihez hasonló mérésátfogáshoz közelítő megoldás volt igazán fontos, mert úgy vettük észre, hogy a legtöbb mérési területen – például a robotika piacán a megfogókarok (robotkezek) terén – szükség van rá.

Tar Ákos, Veres József

Miért a robotikát emelték ki?
Veres József: Nagyon egyszerű: PhD-tanulmányaink során ez volt a kutatási területünk. A robotikán belül kétlábú robottal indult 2004-ben a pályafutásunk. A munka során a különböző tesztelésekkor szükségünk volt egy érzékeny mérőeszközre, egy olyan szenzorra, amely egyrészt képes többirányú érzékelésre, másrészt elbírja a robot súlyát, és nem csupán lépés, de, mondjuk, ugrás közben is. És persze nem megy tönkre az ugrástól, hanem utána is tud mérni. Az eddig megszokott szenzorok vagy a toppantás, vagy a tapogatás mérésére képesek, a súrlódás mérésére már nem. Azzal szembesültünk, hogy egyszerűen nincs olyan termék a piacon, amely megfelelne nekünk. Egyszóval a téma hozta a szabadalmat.

Tulajdonképpen hogyan működik, és mitől lesz igazán 3D-s ez a megoldás?
T. Á.: Az ötlet maga roppant egyszerű – és bár a megvalósítás már nem az –, ezért is volt nagy meglepetés, amikor nem találtunk hasonló eszközt. Pontosabban hasonlót találtunk, mert kamerát használó, anyagtorzuláson alapuló erőmérésre van már példa, de nagy időráfordítást, költséget és gépenergiát vesz igénybe. Mivel ezeknél a megoldásoknál a fogyasztás jelenti a legnagyobb gondot, nem lehet annyira minimalizálni a szükségleteket, hogy be lehessen építeni egy kis fogyasztású eszközbe.

Nyomásérzékelőnkben az a nagyszerű, hogy igen egyszerű elven alapul, bár természetesen van benne „bonyolult dolog” is, ami megnehezíti a másolatát… Mivel több mindent megold egyben, nincs szükség többmilliós beruházásra sem a gyártáskor, sem a beszerzésekor, és könnyen integrálható bármilyen méretben. Adja magát a hasznosítási területek sokasága.

A termék maga a mérőegység, a kiolvasó és a szoftver. A legérdekesebb az egészben az érzékenység, hiszen a minimális és maximális határok között széles intervallumon képes működni. Ugyanúgy érzékeli a tollpihényi erőhatást és az erőteljes rácsapást, emellett pedig az erőhatás irányát is képes kikövetkeztetni a kupola anyagának deformálódásából. A szabad szemmel még nem látható, körülbelül 50 N/m2 küszöb körüli nyomást is. Mindezt gyors felfutással és gyors visszaállással az eredeti jelre, miközben a szenzor ugyanolyan érzékeny marad, mint volt.

Érzékenysége mellett a 3D jelleget is fontos kiemelni, mert bár létezik hasonló eszköz vagy inkább rendszer, piacon kaphatóról – nem tudományos területen használtról – nem igazán tudunk. Eddig többnyire becsléssel, több különálló érzékelő összekapcsolásával, mondhatni furfangosan kellett megoldani a hasonló mérési problémákat. A 3D-t egyrészt a pluszjellemző, az erőhatás irányultsága adja, másrészt a mérések megfelelő ábrázolása: láthatóvá válnak a térben az erővektorok, a szenzor érzékenysége miatt pedig a különböző irányokban kifejtett hatás. Vagyis a vetületen láthatóvá válik akár a körmozgás, a csúszás is. Ha a kupola felületén csúsztatunk valamit, csak a felülettel párhuzamos erők vannak jelen. Ez az a súrlódás, amit például a robottalpnál akkor érzékelnénk, ha képesek volnánk mérni. Az ember maga „méri”, érzékeli és korrigál a kapott értékeknek megfelelően, de a robotok erre nem alkalmasak.

A 3D szenzor tehát az olyan erőhatást is képes érzékelni és megmutatni, amire eddig nem volt megoldás. Mérési határai igen tágak, de milyen környezetben alkalmazható?
V. J.: Szenzorunknak az is nagyon jó tulajdonsága, hogy például a szilikonborításnak köszönhetően egy határon belül hőálló, körülbelül 200 fokig terhelhető. Persze nem mindegy, hogy huzamosabb ideig folyamatosan vagy szúrólánggal éri a hő. Amellett hogy hőálló, ellenáll a savaknak, s nem reagál a különböző biológiai anyagokra sem. A szilikon kipróbált anyag, sok területen alkalmazzák, ezért is tettük be bátran a bemutatkozó videónkban halak mellé. Ugyanígy vihetjük magunkkal külterületi mérésekre, bányába vagy hideg környezetbe. Alkalmas mindennapi használatra, például cipőbe, orvosi eszközökbe, játékkonzolokba, autóülésbe építve. Az erőirányok mérése minden területen fontos lehet, de a csúszásmérés például a robotok megfogóinál kiemelkedő jelentőségű, hiszen ott kifejezetten arra kell figyelni, hogy ne csússzon ki, vagy ne roppanjon össze a megfogott tárgy.

A sokféle felhasználási területből is adódik a kérdés: milyen informatikai háttér szükséges a működtetéséhez?
T. Á.: Nagyon szerencsés rendszer ez, mert nincs szükség semmilyen speciális eszközre. A feldolgozás már a kiolvasópanelen megtörténik, csak az adatok megjelenítéséhez kell számítógép. A szenzoron kívül jelenleg csupán egy szabványos USB portra van szükség. Ráadásul, mivel kicsi az adatfeldolgozási erőforrásigénye, akár mobileszközbe integrálva is kis fogyasztást produkál.

Mennyire lehet a szenzort miniatürizálni?
V. J.: Ebből a szempontból a legfontosabb az, hogy az érzékelőket megfelelően tudjuk integrálni. Mindent meg lehet oldani, de eddig még nem mentünk az említett 10 mil­liméteres méret alá. Ám szilíciumra integrálva akár az 1 milliméteres méretet is kivitelezhetőnek tartjuk. Egyébként kis cég létünkre mi gyártjuk a szenzorokat, a szükséges öntőformák is – amelyekbe az igényelt anyagot öntjük – 3D nyomtatással készülnek. A tömegtermelés kitapasztalása most folyik, mert lehetne olyan öntőformát készíteni, amelybe gyorsan be lehet tenni, s amelyből ki lehet venni az anyagokat – ezt egyelőre kézzel oldjuk meg.

Ha egy gyártó felméri, hogy az eddig „furfangosan” megoldott mérést a szenzor segítségével villámgyorssá és pontossá teheti, vagy egy kutatólaboratórium alkalmazná új mérési lehetőséget látva benne, hogyan juthat a termékhez?
T. Á.: Aktuális megrendeléseink mellett összeállítottunk egy fejlesztői csomagot kipróbálásra, amely tartalmazza a hozzávalókat, és természetesen vásárolni lehet hozzá szenzorokat. Mindezt fejlesztőszoftverrel együtt adjuk át, ami azt jelenti, hogy saját alkalmazásba is beilleszthető a program. Vagyis, ha valakinek saját robotja van, vagy egyéb mérési területen szeretné alkalmazni, beépítheti, integrálhatja a szenzort, az USB portnak köszönhetően pedig bármilyen PC alkalmas az adatok kiértékelésére.•


 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018  2019  2020  2021  2022
Címkék

Innotéka