Star Wars: sciencefiction of werkelijkheid?
De laatste episode in de Star Wars-saga – Star Wars: The Rise of Skywalker – is aangebroken, tot grote vreugde (en misschien ook verdriet) van veel fans van de franchise. De filmserie gaat vooral over het wel en wee van de familie Skywalker, met Anakin (die later Darth Vader wordt), zijn tweeling Luke en Leia en haar zoon Kylo Ren – een van de grote slechteriken in de huidige trilogie. Het is echt een familieaangelegenheid.
Click here to read this article in English.
Iedere Star Wars-film begint met het karakteristieke intro, waarin de titel van de film, het nummer van de episode en een samenvatting van de voorafgaande gebeurtenissen langzaam door het beeld schuiven tegen een achtergrond van sterren. Deze intro wordt steeds voorafgegaan door de tekst: “A long time ago in a galaxy far, far away...” Hoewel de fictieve gebeurtenissen in Star Wars zich afspelen in een sterrenstelsel hier ver vandaan, kunnen de technologieën in de films ook invloed hebben op onze Melkweg, met name op onze planeet aarde. We kunnen maar zo onderweg zijn naar een maatschappij vol met Star Wars-achtige technologieën.
Een helpende hand voor de Skywalkers
Je kunt je waarschijnlijk wel voorstellen dat vechten met een lichtzwaard behoorlijk gevaarlijk is. Anakin en Luke Skywalker weten hier alles van. Anakin verloor een deel van zijn rechterarm in een gevecht met Graaf Dooku in Star Wars: Episode II – Attack of the Clones, terwijl Luke Skywalker zijn rechterhand verloor in een confrontatie met Darth Vader in Star Wars V: The Empire Strikes Back. Gelukkig konden ze dankzij geavanceerde technologie allebei worden voorzien van een robotprothese.
Toen Star Wars V: The Empire Strikes Back werd uitgebracht in 1980 waren zulke protheses in de ogen van veel kijkers nog sciencefiction, maar inmiddels zijn ze een wetenschappelijk feit. Zo produceert het Britse bedrijf Open Bionics lichtgewicht en betaalbare bionische armen met een 3D-printer, onder de naam Hero Arm. Deze armen worden zelfs geleverd met een set verwisselbare covers, waaronder eentje die lijkt op de droid BB-8 van Poe Dameron. Een ander voorbeeld is de Touch Hand 4. Deze goedkope handprothese is ontwikkeld door Touch Prosthetics, onder meer in samenwerking met de Nelson Mandela University in Zuid-Afrika. Hun streven is om een prothesetechnologie te ontwikkelen die toegankelijk is voor mensen uit Zuid-Afrika en andere Afrikaanse landen.
Er zijn verschillende manieren waarop een robotprothese aangestuurd kan worden. Ten eerste is er de myo-elektrische aansturing, waarbij sensoren de spierimpulsen rond de stomp meten. Deze signalen worden geanalyseerd met behulp van geavanceerde algoritmes en omgezet in instructies voor de prothese. De Hero Arm van Open Bionics maakt gebruik van deze myo-elektrische aansturing. Ten tweede is er elektromyografie (EMG), waarmee de elektrische activiteit van de spieren wordt gemeten. Net als bij de myo-elektrische aansturing zetten ook hier getrainde computersystemen de signalen om in handelingen of bewegingen. De Touch Hand 4 meet elektrische signalen met EMG-elektroden.
De fundamentele werking van zowel de myo-elektrische aansturing als de elektromyografie (EMG) is gebaseerd op signalen van de hersenen die zijn bedoeld om bewegingen aan te sturen. Deze elektrische signalen worden gegenereerd door de bovenste motorische neuronen, gelegen in de hersenschors en de hersenstam. Met behulp van invasieve of niet-invasieve methoden zijn deze elektrische signalen rechtstreeks te meten in de hersenen. Bij een elektrocorticografie (ECoG) worden elektroden geïmplanteerd op het zachte hersenvlies van de hersenen om de elektrische impulsen van neuronen te meten. 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 – en meer in lijn met hoe Luke Skywalker zijn robothand aanstuurt.
Voor het aansturen van the Force – het energieveld dat de Jedi kunnen manipuleren – is het belangrijk dat de hand- en armprotheses in Star Wars haptische feedback kunnen geven aan de drager. Zo kan de prothese informatie ontcijferen over de textuur, het gewicht of de temperatuur van objecten. De drager weet dan bijvoorbeeld hoe stevig hij een object moet vastpakken, wat normaal wordt doorgegeven door sensorische neuronen in het lichaam. Haptische protheses zijn de volgende stap in de verdere ontwikkeling van robotprotheses en stellen de dragers ervan in staat om op een natuurlijkere manier om te gaan met de voorwerpen om hun heen. En misschien maken ze ook wel een betere aansturing van the Force mogelijk – precies wat Luke Skywalker en Rey graag zouden willen.
Dienstrobots – C-3PO en R2-D2
Er komen veel buitenaardse rassen voorbij in Star Wars, zoals de Wookiees (met Chewbacca als bekendste) en de Ewoks (de teddybeerachtige wezens uit The Return of the Jedi). Toch zijn het vooral robots – en dan vooral droids – die een belangrijke rol spelen in de verhaallijnen. In Attack of the Clones vecht een enorm leger droids voor de Separatisten, onder aanvoering van Graaf Dooku. Natuurlijk zijn er in de films ook intelligente droids die een stuk vriendelijker zijn, zoals C-3PO, R2-D2 en BB-8.
De droid C-3PO werd in The Phantom Menace gebouwd door Anakin Skywalker om te helpen bij de communicatie tussen groepen of individuen, terwijl R2-D2 en BB-8 reparatiedroids zijn die als monteur werkzaam zijn op X-Wings en ruimteschepen. Deze droids zijn speciaal ontwikkeld om individuen te helpen met specifieke taken en kunnen dus worden omschreven als dienstdroids of -robots.
Een dienstrobot is een robot die specifieke taken of diensten kan uitvoeren om iemand te helpen. In de hedendaagse samenleving zijn vele voorbeelden van dienstrobots te vinden, zoals de Starship Delivery Robots (die helaas niet daadwerkelijk bezorgen in de ruimte), Pepper van Softbank Robotics (een sociale robot om mee te communiceren) en de VARRAM Pet Fitness Robot (een robot die je huisdieren laat bewegen). Voorbeelden van assistentierobots zijn de robot My Spoon, die mensen helpt met eten, en de Barrett WAM Arm, die mensen helpt bij het aantrekken van hun schoenen. Deze robots zien er niet uit als C-3PO of R2-D2, maar zijn wel degelijk ontwikkeld om ons te helpen bij onze dagelijkse bezigheden. Er is tot dusver alleen nog geen dienstrobot die X-Wings kan repareren.
Hebben we dienstrobots met emoties nodig?
Dankzij hun gadgets waren R2-D2 en BB-8 een paar keer de redder in nood. In de openingsscène van The Last Jedi repareerde BB-8 bijvoorbeeld het wapensysteem van de X-Wing van Poe Dameron. Maar als het fout gaat, gillen R2-D2 en BB-8 het vaak uit, waarmee ze aangeven dat ze ongemak en zelfs pijn lijken te voelen. En dan hebben we ook nog C-3PO, die zich eigenlijk altijd zorgen maakt. Bij het minste of geringste loopt hij te piekeren of raakt hij helemaal in paniek. Maar moeten zulke dienstrobots of -droids wel in staat zijn om ‘emoties’ te tonen?
We kunnen de droids C-3PO, R2-D2 en BB-8 allemaal 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 eigenlijk moet helpen.
In de echte wereld kunnen dienstrobots met ‘emoties’ heel nuttig zijn. Zo kunnen ze bijvoorbeeld mensen helpen die te maken hebben met eenzaamheid of een depressie. Maar de ontwikkeling van een droid als C-3PO zou geen positieve bijdrage leveren aan onze maatschappij. We hebben geen robot nodig die de hele tijd loopt te piekeren over van alles en nog wat. Zo’n robot zou de psyche van mensen alleen maar schaden. Sorry dat we jullie moeten teleurstellen, maar een exacte kopie van C-3PO gaat er nooit komen. R2-D2 zou daarentegen wel heel nuttig zijn, vooral voor reparatiewerkzaamheden onder gevaarlijke omstandigheden, zoals op zee, op een booreiland, aan een ruimtestation of zelfs op Mars. We moeten dan alleen nog even zijn emoties temperen.
Volumetrische weergave
In de openingsscène van The Last Jedi voert 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 belangrijke rol in de Star Wars-films. 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. Hier op aarde werken onderzoekers nu aan een methode om kraakheldere 3D-beelden te creëren die beter zijn dan hologrammen.
De technologie hierachter wordt volumetrische weergave genoemd en betreft het laten zweven van een stukje cellulose in een fotoforetische optische valstrik. In sommige gevallen is het deeltje gemaakt van zwart residuloog, een bijproduct in het productieproces van papier. De term fotoforetisch betekent dat het deeltje door de ruimte zweeft en op een bepaalde manier verplaatst kan worden met behulp van lichtstralen. Zwevend door de ruimte wordt het deeltje verlicht met rood, groen en blauw licht, waardoor een 3D-beeld ontstaat. Als mensen het beeld van meerdere kanten bekijken, ziet ieder mens dat beeld vanuit een iets ander perspectief. Dit is met traditionele hologrammen niet mogelijk.
Een van de technieken voor volumetrische weergave wordt Optical Trap Display (OTD) genoemd en is ontwikkeld door onderzoekers van de Brigham Young University in de VS. De onderzoekers wisten met behulp van OTD beelden te creëren van vlinders, prisma’s en zelfs van een van de onderzoekers! Toch kan deze technologie nog niet tippen aan de holoprojectors in Star Wars, want die kunnen ook bewegend beeld en geluiden overbrengen. In een recente paper in Nature beschreven onderzoekers van de Tokyo University of Science 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 voor de verdere ontwikkeling van volumetrische weergaven en brengt een verbeterde versie van de holoprojectors uit de Star Wars-films mogelijk een stuk dichterbij.
Hyperdrive en lichtsnelheid
Het heelal is zeer uitgestrekt en het sterrenstelsel hier ver, ver vandaan, waar de Star Wars-films zich afspelen, is waarschijnlijk enorm. Onze Melkweg heeft een diameter van meer dan 100.000 lichtjaren – een lichtjaar is de afstand die licht in één jaar aflegt, wat neerkomt op bijna 10 biljoen kilometer. We kunnen rustig aannemen dat het sterrenstelsel van Star Wars ongeveer even groot is als onze Melkweg, of misschien nog wel groter. Het afleggen van zulke enorme afstanden vraagt om iets met klein beetje meer 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 andere dimensie waar een ruimteschip sneller kan reizen dan het licht. Hoewel de Star Wars-franchise 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.
Voor aardbewoners is het ontwikkelen van technologieën om toegang te krijgen tot de hyperspace misschien wat lastig. Om te beginnen weten we helemaal niet of zo’n hyperspace wel bestaat, hoewel er genoeg theorieën zijn over het bestaan ervan. Een ander klein probleem is dat de maximale snelheid waarmee wij kunnen reizen nog maar een fractie is van de lichtsnelheid. Het snelste ruimtevaartuig ooit is de Parker Solar Probe, dat in november 2018 een topsnelheid bereikte van 343.180 km/uur oftewel 95,33 km/seconde. Dat is ongeveer 0,03% van de lichtsnelheid, die ruwweg 300.000.000 m/seconde is. De Large Hadron Collider (LHC) van CERN kan weliswaar protonen versnellen tot 99,999999% van de lichtsnelheid, maar we zijn nog lang niet zo ver dat ruimtevaartuigen zo snel kunnen reizen.
Misschien kunnen motoren met antimaterie-aandrijving 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. En het reizen in hyperspace moeten we helaas voorlopig overlaten aan het Verzet in Star Wars.
Tekst: Barry Fitzgerald
De natuurkundige Barry Fitzgerald werkt voor de afdeling wetenschapscommunicatie van de TU Eindhoven. Daarnaast 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. Volg hem op Twitter, Instagram of Facebook.
Alle foto's uit Star Wars: The Rise of Skywalker. Credit: Disney
