IdeenExpo 2024

Rechenkraft.net e.V. präsentiert auf der IdeenExpo 2024 vom 8.-16. Juni in Hannover am Stand der Hochschule Harz das Rechenkraft.net Molecular Augmented Reality Environment.

Inhalt

1 Projektbeschreibung
2 Aktuelle Aktivitäten
3 Entwickler
4 Publikation
5 Quellcode
6 Verfügbare Materialien von unserem IdeenExpo-Messestand
7 Möglichkeiten zur Projektunterstützung
8 SocialMedia-Begleitung unseres IdeenExpo-Messeauftritts
9 Einige Bilder von unserem Ausstellungsstand
10 Einige Movies der am IdeenExpo-Stand präsentierten Makromoleküle

Projektbeschreibung

Dieses System erlaubt die interaktive Augmented Reality (AR) gestützte Visualisierung komplexer molekularer Zusammenhänge im multipersonellen Face-to-Face Besprechungsformat. Das bedeutet in der Praxis, dass man mit mehreren Personen an einem Arbeitstisch platznehmen kann, um gemeinsam auf einer speziellen faltbaren Arbeitsoberfläche ein computererzeugtes, für alle Teilnehmer aus der jeweils individuellen Perspektive sichtbares 3D-Hologramm zu betrachten. Dabei schauen die Teilnehmer durch eine leichte, durchsichtige Projektorbrille, die über ein USB 3.0 Kabel direkt an den Steuercomputer (z.B. ein halbwegs moderner Laptop) oder einen USB 3.0 Hub angeschlossen ist. Das Besondere an diesem System ist die Möglichkeit, nicht nur die molekularen Objekte, sondern gleichzeitig auch die Kollegen zu sehen und mit ihnen interagieren zu können. Die Raumumgebung wird also uneingeschränkt erfasst - ganz im Gegensatz zu aktuellen Virtual Reality Systemen, bei denen die Teilnehmer in einer völlig von der Außenwelt abgeschlossenen Umgebung agieren.

Das System basiert auf der - von uns sozusagen "zweckentfremdeten" - TiltFive AR Spiele-Hardware und dem zugehörigen SDK für Unity. Wir setzen darüber hinaus die Molekülvisualisierungssoftware ChimeraX der UCSF ein, um molekulare Strukturen für die Visualisierung im Rechenkraft.net Molecular Augmented Reality Environment aufzubereiten.

Nach unserem Kenntnisstand stellt diese sehr einfach aufgezogene Arbeitsumgebung aktuell das weltweit kostengünstigste und gleichzeitig interessanteste AR-System für molekulare Visualisierungen dar. Es läßt sich wunderbar für Forschungs- und Entwicklungsprojekte im professionellen Bereich einsetzen, ist aber ebenso geeignet, um im Rahmen von universitären Lehrvorhaben und des regulären Schulunterrichts für ein eindrucksvolles Erlebnis und ein tiefgreifendes Verständnis molekularer Strukturen zu sorgen.

Aktuelle Aktivitäten

Die derzeitige Version erlaubt interaktive 3D-Visualisierungen beliebiger molekularer Strukturen und Mehrkomponentenstrukturkomplexe, bei denen Rotationen und Translationen um bzw. entlang der xyz-Achsen sowie dynamische Größenanpassungen möglich sind. Inzwischen arbeiten wir an einer Weiterentwicklung, um unabhängiger von externer Vorbereitungssoftware molekulare Manipulationen auch innerhalb der eigentlichen AR-Arbeitsumgebung zu ermöglichen.

Inzwischen bereiten wir einen größeren Satz an Lehrpaketen für Lehrer und Dozenten vor, die den gesamten molekülrelevanten Stoff der Schulen in den Fächern Chemie und Biologie abdecken und zumindest auch für die Grundvorlesungen an Universitäten einsetzbar sein sollen. Die Pakete können dann themenbezogen kostenfrei heruntergeladen, für den Unterricht direkt eingesetzt oder in Eigenarbeit individuell aufbereitet werden. Ein kleiner Einblick in die Möglichkeiten findet sich unten auf dieser Seite in Form einiger Beispiel-Movies.

Seit Dezember 2024 ist unser System an der Justus-Liebig-Universität Giessen im Einsatz. Auch die Richtsberg Gesamtschule in Marburg hat sich einige Systeme zugelegt, um diese künftig im Unterricht einsetzen zu können. Dort werden wir Anfang 2025 auch einen kleinen Einführungskurs für das Lehrpersonal anbieten.

Inzwischen läuft unser System auch unter Linux und wird Ende März 2025 auf den Chemnitzer LinuxTagen an einem Rechenkraft.net Stand präsentiert.

Nach der Entdeckung von Michael Weber, dass das Unity-Software-Framework unter bestimmten Bedingungen automatisch eine Stereoinversion des betrachteten 3D-Objekts im AR-Raum vornimmt, konnte am 16.02.2025 eine automatisierte Methode etabliert werden, Proteine ab sofort auch gezielt als Enantiomerenpaar darzustellen - inkl. Export sämtlicher Atomkoordinaten- und Bindungskonversionen zur weiteren Bearbeitung mit externer Fachsoftware.

Entwickler

Das Rechenkraft.net Molecular AR Environment ist ein Rechenkraft.net-Projekt unter der Leitung von Dr. Michael H.W. Weber, das programmiertechnisch im Rahmen eines dreimonatigen Medieninformatik-Bachelorpraktikums von Lukas Sandhop (Rechenkraft.net / Hochschule Harz) realisiert werden konnte.

Publikation

Eingereicht.

Quellcode

Der Quellcode und die Executables werden nach akzeptierter Fachpublikation freigegeben. Wir planen, das gesamte System kostenfrei unter einer offenen Lizenz verfügbar zu machen, damit es maximal nutzbar ist und möglichst breit weiterentwickelt werden kann.

Verfügbare Materialien von unserem IdeenExpo-Messestand

IdeenExpo 2024 Visitenkarte
Video-Demo des Rechenkraft.net Molecular Augmented Reality Environments (1. Prototyp)
auf der IdeenExpo 2024 präsentierte Demo-Strukturen:
- SARS-CoV2 Spikeprotein im Komplex mit drei Mini-Inhibitormolekülen, die das Andocken an den AC3-Rezeptor blockieren und das Ergebnis eines CitizenScience-Projekts des DistributedComputing Projekts Rosetta@home sind (PDB # 7JZL, vgl. folgende Fachpublikation
- SARS-CoV2 RNA-abhängige RNA-Polymerase beim Replikationsprozess (PDB # 6YYT, vgl. folgende Fachpublikation)
- Salmonelle enterica typhimurium Injektisom: Injektionsnadelkomplex des Typ III Sekretionsapparats mit dem Salmonella Bakterien Effektorproteine in Zielzellen injizieren können (PDB # 7ah9, vgl. folgende Fachpublikation)
- S. mansoni Aldehyd-Dehydrogenase (ALDH) Tetramer-Modell, das als Ziel neuer Wurmwirkstoffentwicklungen dient (generiert mit AlphaFold2 gemäß folgender Fachpublikation)

Möglichkeiten zur Projektunterstützung

Wenn Ihnen dieses Projekt und/oder unser Engagement für CitizenComputing und CitizenScience gefällt, können Sie unsere Arbeit jederzeit gern mit einer Spende unterstützen - unser Verein ist als gemeinnützig anerkannt, sodass wir Ihnen auf Wunsch auch eine steuerabzugsfähige Spendenquittung ausstellen können. Hier finden Sie unser Spendenkonto.