IdeenExpo 2024

Aus Rechenkraft
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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.

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.

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.

SocialMedia-Begleitung unseres IdeenExpo-Messeauftritts

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Einige Bilder von unserem Ausstellungsstand

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Einige Movies der am IdeenExpo-Stand präsentierten Makromoleküle

7ah9 injectisome v2 white.png

Salmonella Injektisom (Movie) 3jc8 type IVa pilus machine in a piliated state v1.png Type IVa Pilus-Maschine (Movie)

Are Bovine mitochondrial ATP synthase state 1b v5.png

ATP-Synthase (Movie) 1igt IMMUNOGLOBULIN v4.png Antikörper (Movie)

4uv3 curli transport lipoprotein CsgG membrane- bound conformation v2.png

Curli-Transportlipoprotein (Movie) 7ahl alpha-hemolysin Staphylococcus aureus v3.png Staphylococcus aureus Alpha-Hämolysin (Movie)

4v60 VAULT rat.png

Rattus norvegicus VAULT (Movie) 1aoi COMPLEX BETWEEN NUCLEOSOME CORE PARTICLE (H3,H4,H2A,H2B) AND 146 BP LONG DNA FRAGMENT v4.png Nukleosompartikel (Movie)

1eri EcoRI RestrictionEnzyme v2.png

EcoRI Restriktionsenzym (Movie) 1rva EcoRV RestrictionEnzyme educt v2.png EcoRV Restriktionsenzym (Movie)

7lwv alpha v1 Messe ChimeraX-v1.2.png

SARS-CoV-2 Spike-Protein Alpha (Movie) 7jzl SARS-CoV-2 spike in complex with LCB1.png SARS-CoV-2 Spike + Inhibitor (Movie)

6yyt replicating SARS-CoV-2 polymerase.png

SARS-CoV-2 Polymerase (Movie) 7bv2 nsp12-nsp7-nsp8 complex bound to the template-primer RNA and Remdesivir-triphosphate(RTP) v4.png SARS-CoV-2 Polymerase + Remdesivir (Movie)

1ffx TUBULIN-STATHMIN-LIKE DOMAIN COMPLEX v2.png

Tubulin-Stathmin-Komplex (Movie) 1sva simian virus 40 v4.png Simian Virus 40 (SV40) Capsid (Movie)

1tzo Anthrax Toxin Protective Antigen Heptameric Prepore v5.png

Anthrax-Toxin Präpore (Movie) 1ltb partially activated E. coli heat-labile enterotoxin (LT) v2.png E. coli Enterotoxin (Movie)

4v4r whole ribosomal complex v5.png

T. thermophilus 70S Ribosom (Movie) 1eiy PHENYLALANYL-TRNA SYNTHETASE FROM THERMUS THERMOPHILUS COMPLEXED WITH COGNATE TRNAPHE v2.png T. thermophilus Phe-tRNA-Synthetase (Movie)