Zagadki ludzkiego mózgu. Laboratoria Politechniki Lubelskiej są Twoim Niesamowitym Miejscem

Laboratoria Politechniki Lubelskiej są dziś Twoim Niesamowitym Miejscem w Faktach RMF FM. Na co dzień dostępne są tylko dla naukowców, a za ich murami dzieją się naprawdę ciekawe rzeczy. Odwiedziliśmy laboratorium 3D, gdzie można zobaczyć, jak rekonstruuje się brakujące fragmenty chociażby zabytków. Sprawdziliśmy także, jak można kierować komputerem za pomocą fal mózgowych, a także jak nagrywano "Avatara" dzięki technologii motion capture.

Jak zrobić miniaturę zabytkowego budynku? Takie możliwości są w Laboratorium Programowania Systemów Inteligentnych i Komputerowych Technologii 3D. Czasy ręcznego odrysowywania odeszły do lamusa. Najnowocześniejsze technologie posłużyły naukowcom chociażby do zmniejszenia najważniejszych obiektów lubelskiego Starego Miasta. Powstały z nich pionki do gry edukacyjnej z okazji obchodzonego 2 lata temu 700-lecia Lublina. Gra to zbiór wszystkich najnowocześniejszych technologii, choć wygląda bardzo analogowo.

Pionkami są modele 3D zabytkowych obiektów, które należy postawić we właściwych miejscach planu miasta - wyjaśniają prof. Jerzy Montusiewicz i dr Marcin Barszcz. Przy opracowywaniu gry wykorzystano kilka różnych nowoczesnych technologii, takich jak: skanowanie 3D, modelowanie 3D, druku 3D, platformy programistyczne Arduino, transmisję danych poprzez czytniki i etykiety RFID oraz aplikację w języku Java. Technologię skanowania i modelowania 3D wykorzystano do opracowania cyfrowych modeli zabytkowych obiektów. Z kolei technologia druku 3D umożliwiła ich wydrukowanie w pomniejszonej skali. Zastosowanie systemu RFID i platform Arduino pozwoliło na automatyczną identyfikację prawidłowego ustawienia modeli na planszy odwzorowującej obszar Starego Miasta, co dodatkowo jest wizualizowane przez zapalenie diody zielonej lub czerwonej.

Grą steruje opracowany program komputerowy, który generuje pytania dla zawodników, weryfikuje odpowiedzi i zlicza uzyskiwane przez nich punkty. Przy okazji powstawania gry udało się połączyć wszystkie owoczesne technologie i aspekt edukacyjny, ponieważ wiele elementów gry przygotowali studenci.

Obrazowanie 3D stało się nieocenione w muzealnictwie - a dokładnie technologia inżynierii odwrotnej. Jak to działa? Wszystko dzięki skanerom 3D - wyjaśnia dr inż. Jacek Kęsik. Dają one możliwość bardzo precyzyjnego odwzorowania kształtów. Można bez problemu wydrukować na drukarce 3D. Stworzyć wierną kopię obiektu, czy brakujący fragment. Naukowcy na specjalnej drukarce proszkowej wydrukowali replikę fragmentu talerza z XV wieku, która umożliwia także wydruk barwnej tekstury.

Skaner laserowy pozwala na trójwymiarową digitalizację obiektów architektonicznych i dużych przestrzeni nawet do 300 m, który z powodzeniem był wykorzystywany do skanowania zabytkowych obiektów architektonicznych w Samarkandzie i Turkiestanie, które wykonali naukowcy z Politechniki Lubelskiej. Dzięki dostępnym technologiom dokonali cyfrowej rekonstrukcji 3D uszkodzonych obiektów zabytkowych.

Ludzki mózg potrafi wiele, choć w rzeczywistości wykorzystujemy nieznaczną część jego możliwości. Swoje drzwi otworzyła dla nas pracownia wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości. Jednym z przedmiotów badań jest kwestia naturalnych interfejsów człowiek - komputer. Dzięki posiadanemu sprzętowi m.in. wykonywane są badania elektroencefalograficznych.

Badanie wykorzystywane jest powszechnie chociażby w neurologii, czy w psychiatrii. Naukowcy z Politechniki Lubelskiej skupiają się na tym w jaki sposób można za pomocą myśli sterować komputerem. Szczególne zastosowanie mogłoby dotyczyć osób niepełnosprawnych, które mają niesprawne ręce - mówi dr inż Małgorzata Plechawska-Wójcik. To czego nie mogą wykonać rękami, mogłyby zlecić komputerowi bezpośrednio ze swojego mózgu. Interfejs miałby przekształcić fale mózgowe na polecenie dla np. komputera.

Naukowcy przeprowadzili wiele prób chociażby z poruszaniem piłki na ekranie komputera. Udało się również m.in. sterować bezpośrednio z mózgu ramieniem robota. Ta technologia jest zdecydowanie przyszłościowa. W laboratorium znajdują się dwa specjalistyczne 21-kanałowe elektroencefalografy. Mają postać głowic wzmacniających sygnał oraz czepka i zestawu elektrod EEG. Jedno z urządzeń jest przeznaczone do klasycznych badań EEG, drugie to lekki wzmacniacz mobilny umożliwiający pomiar w zmiennych warunkach i przy różnej postawie osoby badanej.

Wzmacniacze umożliwiają pracę w połączeniu z bodźcami wzrokowymi i dźwiękowymi. Możliwa jest też rejestracja dodatkowych sygnałów biomedycznych takich jak EKG.

Patrzysz, ale czy widzisz? Oto jest pytanie. Można na nie odpowiedzieć z wyjątkową precyzją do milisekund. 300 razy w ciągu sekundy. Możliwość zbadania dają Eye Trackery. Wystarczy zasiąść przed ekranem. Przeprowadzający badanie wyświetla różne obrazy poprzedzone poleceniem, co należy wyszukać i urządzenie precyzyjnie prześledzi ruch naszego wzroku. Dokładnie milimetr po milimetrze i dokładnie zmierzy czas w konkretnych punktach - wyjaśnia dr inż. Mariusz Dzieńkowski.

Zastosowanie ma miejsce głównie w reklamie i marketingu. Można precyzyjnie określić, czy zostały zauważone te elementy, o które chodziło twórcom - czy bilbord jest na odpowiedniej wysokości, czy reklama przyciąga wzrok. Można wyświetlać dowolny film, czy zdjęcie. W ten sposób badane są również strony internetowe. Co ciekawe, badanie wykonane na wielu osobach można wyświetlić nakładając wyniki na siebie. Dzięki temu można precyzyjnie porównać na co konkretne osoby zwracały uwagę i w jakim czasie, jaki był tor ich wzroku.

Duże możliwości daje też system przenośny. Specjalne okulary podłącza się smartfona i np. można je założyć kierowcy. Dokładnie zarejestrują na co zwraca uwagę w czasie jazdy, czy czyta znaki, spogląda na tablice rozdzielczą, czy rozpraszają go billboardy. Możliwości są ogromne.

"Avatar" był jednym z najbardziej hitowych filmów w historii kina. Ale jak go nagrywano? Przy pomocy technologii motion capture. Taką też bada się w Politechnice Lubelskiej. Jedno z laboratoriów wyposażono w specjalne stanowisko badawcze akwizycji ruchu.

Stanowisko badawcze akwizycji ruchu składa się z: systemu akwizycji ruchu, dwóch platform biomechanicznych oraz bezprzewodowego 16-kanałowego systemu EMG służącego do rejestrowania czynności elektrycznej mięśni. Zawiera osiem kamer pracujących w bliskiej podczerwieni - opowiada dr inż. Maria Skublewska-Paszkowska. Są one rozmieszczone na ścianach laboratorium, dwie na każdej ścianie. Rejestrują dane trójwymiarowe znaczników (tzw. markerów) umieszczanych na obiekcie, np. człowieku. Powierzchnia takiego znacznika jest zbudowana w ten sposób, aby odbity promień wracał do jego źródła (kamery).

Za pomocą takich technologii tworzy się nowoczesne gry komputerowe. Można precyzyjnie odwzorować model ruchu w konkretnych sytuacjach, co jest podstawą do przyszłej wirtualnej postaci.

Dodatkowo w laboratorium naukowcy dzięki platformom biomechanicznym mogą odczytać siłę nacisku, a systemowi elektromiografii (EMG) zarejestrować czynności elektryczne mięśni, czy w spoczynku, czy podczas ruchu. Możliwa jest jednoczesna rejestracja 16 mięśni osoby badanej. Takie badania z kolei mogą mieć zastosowanie w medycynie czy rehabilitacji, czy sporcie. Naukowcy badają m.in. wpływ noszenia ortez miękkich na poprawę chodu u małych dzieci z porażeniem mózgowym, zakresu ruchu u młodych osób zdrowych i z bólami kręgosłupa, pracę mięśni u osób zdrowych i chorych podczas wybranych ćwiczeń, pływania na ergometrze, czy wykonywanie uderzeń tenisowych.