<Gesture Sensing>

technologieen voor draadloze meting van gestiek en analyse van motoriek

de ontwikkeling van het onzichtbaar muziekinstrument

dr.Godfried-Willem Raes

postdoctoraal onderzoeker
Ghent University College, Augent & Logos Foundation

2009

De ontwikkeling van volledig draadloze systemen voor de detektie en analyse van menselijke gestiek en motoriek vormt sedert zowat dertig jaar een speerpunt in ons laboratoriumonderzoek. Bij de onwikkeling daarvan werden twee technologisch verschillende wegen in detail onderzocht:

• sonar technologie (40kHz, 60kHz, 77kHz, 200kHz, audio)
• radar technologie (2.8GHz, 5.6GHz, 10.5GHz, 24GHz, 77GHz, microgolf)

De principes van beide systemen zijn gelijkaardig: een golf (geluid hetzij elektromagnetisch) wordt uitgezonden en de reflektie daarvan door een bewegend lichaam wordt geanalyseerd. Deze reflektie ondergaat een frekwentieverschuiving op grond van het Doppler effekt:

fd = 2 v fo cos(a) / c

• fo = frekwentie van de draaggolf
• c = voortplantingssnelheid van de golf
• fd = Doppler frekwentie
• v = snelheid van het bewegend en reflekterend lichaam in m/s
• a = hoek van de beweging

De analyze van het spektrum van het gereflekteerde signaal laat ons toe snelheid en versnelling van de motoriek te meten. De hoeveelheid lichaam betrokken in de beweging volgt uit de amplitude van het gereflekteerde signaal. De vorm van de beweging is uit deze signalen af te leiden en in kaart te brengen. Bij sonar systemen wordt de inherente latency bepaald door de voortplantingssnelheid van het geluid (ca. 340m/s), waardoor zij trager zijn dan microgolf gebaseerde systemen. Deze laatste zijn dan weer gevoeliger voor externe storingsbronnen. Radarsystemen gebruik makend van frekwenties van 24GHz en hoger, vergen heel wat rekenkracht van de processoren.

Opgesteld op de hoekpunten van een denkbeeldige tetraeder, laten vier sensoren ons toe een volledig 3-dimensioneel bewegingshologram te kapteren van de beweging. Nauwkeurige positiebepaling is ook mogelijk, mits toepassing van hetzij frekwentiemodulatie op de draaggolf, hetzij de kombinatie van radar en sonar systemen.
In ons toepassingsgebied worden deze sensoren gebruik voor de detektie van de bewegingen van musici die daarbij een speciale danstechniek moeten ontwikkelen (Namuda), waarbij die informatie dan wordt gebruikt voor het besturen van de door ons ontwikkelde muzikale robots. Omwille van het werkingsprincipe zelf -reflektie door het bewegend lichaam- gebeurt de bespeling altijd naakt. Het hele uit 42 robots bestaande orkest kan op die wijze door een enkele danser/musicus worden bespeeld.

Prototypes van een 24GHz sensor:

Interface schakeling voor verbinding met de PC (4 audio ingangen) ofwel een National Instruments data acquisitie device.

In gebruik met het robotorkest:

Gent, 15.09.2009

Dr. Godfried-Willem Raes

info: godfriedwillem.raes@logosfoundation.org

http://www.logosfoundation.org