Mit Virtual Reality neue Welten entdecken – Chemie macht es möglich

Im Bereich der Computerspiele ist Virtual Reality seit Jahren ein großes Thema. Schritt für Schritt erobert sie sich neue Lebensbereiche, die Einsatzgebiete sind beinahe unbegrenzt. Wir haben uns einmal auf dem Markt umgesehen und sind auf viele tolle Entwicklungen, auch im Bereich der Chemie, gestoßen.

Die Virtual Reality-Geschichte beginnt vor über 80 Jahren

Virtual Reality wirklt wie eine neue Erfindung, dabei begann die technologische Entwicklung bereits 1932. Damals entwickelte der amerikanische Physiker Edwin Herbert Land den Polarisationsfilter. Das von Morton Heilig 1962 gebaute Sensorama war der erste VR-Automat der Welt, allerdings gab es nie eine kommerzielle Vermarktung. Ein weiterer wichtiger Schritt war die Erfindung des ersten „Head mounted displays“. Darunter versteht man einen Bildschirm, der am Kopf befestigt wird.

Bis in die 1970er/80er fristete die VR-Technologie jedoch ein Nischendasein. Erst mit der Weiterentwicklung der Computer- und Displaytechnologie gab es nennenswerte Fortschritte. Der große Durchbruch war die Crowdfunding-Kampagne für die Oculus-Brille ab 2012. Die Kampagne fand viel mehr Unterstützer als benötigt wurden. Das Ergebnis ist eine leistungsstarke VR-Brille, die noch immer Vorreiterrolle hat.

Bei all diesen unterschiedlichen Erfindungen stellt sich die Frage, wie „Virtuelle Realität“ eigentlich definiert ist. Die virtuelle Realität schafft ein dreidimensionales Abbild der Welt oder eine möglichst detaillierte künstliche Realität. Mit Hilfe von „Head mounted displays“ zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes und „Head-Tracking-Sensoren“, also der Erfassung der realen Bewegungen, kann der Anwender in die künstliche Welt eintauchen. In Abgrenzung dazu muss man „AR“, die „Augmented Reality“, auf deutsch die „Erweiterte Realität“ sehen. Dabei wird die Realität mit Hilfe eines Computers erweitert. Ein typisches Beispiel ist die App Pokémon Go.

Ohne Naturwissenschaften geht es nicht

Die naturwissenschaftlichen Forschungsergebnisse zu Leuchtdioden der letzten 30 Jahre sind maßgeblich für die Entwicklung von VR-Brillen verantwortlich. Üblicherweise werden hier OLED-Displays verbaut, also Bildschirme aus organischen Leuchtdioden. Sie haben den Vorteil, dass die sehr dünn sind, eine gute Farbwiedergabe ermöglichen und eine extrem kurze Reaktionszeit besitzen. OLEDs wurden 1987 von den Chemikern Ching W. Tang und Steven Van Slyke in den Kodak-Forschungslaboratorien (Rochester, USA) erfunden. Sie stellten Stapel aus mehreren aufgedampften, extrem dünnen organischen Schichten her. Bereits eine Betriebsspannung von weniger als zehn Volt reicht bei dieser Anordnung aus, um eine gute Leuchtdichte zu erreichen. Die dafür benötigten elektrisch leitfähigen Polymere kennt man schon seit Ende der 1970er. Im Jahr 2000 erhielten die Entdecker dafür einen Nobelpreis für Chemie.

Virtual Reality in allen Lebensbereichen

Daraus ergeben sich viele nützliche Einsatzmöglichkeiten. Vorreiter ist seit den 1990ern unter anderem die Medizin. Ärzte und Studenten können Behandlungsmöglichkeiten in der virtuellen Realität üben. Funktionen des menschlichen Körpers können intensiv studiert werden, indem zum Beispiel eine Reise durch ein virtuelles Herz unternommen wird. Für psychische Erkrankungen gibt es Therapiemöglichkeiten mit Hilfe von VR. Im Fall von posttraumatischen Belastungsstörungen können Patienten mit ihren Erlebnissen konfrontiert werden, ohne einer äußeren Gefahr ausgesetzt zu werden.

In der Industrie können Arbeiter in VR-Umgebungen geschult werden, bevor sie an den echten Maschinen arbeiten. Das spart Ressourcen und bietet einen entscheidenden Vorteil: beim Üben können bewusst Fehler gemacht werden – ohne schlimme Konsequenzen. Der Lerneffekt ist groß und Fehleranalysen tragen zur Prävention bei.

Im Büroleben setzten sich einfache Videokonferenzen immer weiter durch, aber auch hier bringt die Erweiterung um VR große Vorteile mit sich. Im virtuellen Raum erleben Teilnehmer die Körpersprache des Gegenübers. Das führt zu einer höheren Empathiefähigkeit zwischen den Teilnehmern einer VR-Konferenz gegenüber einer Videokonferenz.
Dasselbe Prinzip greift in der Werbung: Erlebnisse in der virtuellen Welt schaffen eine größere Nähe als passiv erlebte Werbung, beispielsweise im Fernsehen. Der Kunde kann Produkte direkter erleben und anfassen, was eine starke Bindung schaffen kann.

Revolution im Chemieunterricht durch Virtual Reality

Auch in der Schule gibt es erste Ansätze, VR zur Wissensvermittlung zu nutzen. „Superchem VR“ soll beispielsweise den Chemieunterricht verbessern, indem die Schüler in ein virtuelles Chemielabor eintauchen können. Dort können sie Versuche machen und Aufgaben lösen. Dabei gibt es  keine limitierte Ressourcen, es ist keine reale Laborausstattung nötig und die Umsetzung ist ungefährlich. Die Schüler lernen leichter, da sie in die Abläufe schneller und stärker involviert werden. Der Spaß beim Experimentieren fördert den Lernprozess zusätzlich. Außerdem schwindet die Hemmschwelle gegenüber den Chemikalien, was gerade den Mädchen den Zugang zu Naturwissenschaften erleichtert und auf einen breiten Nachwuchs hoffen lässt.

Wer jetzt neugierig geworden ist, kann fürs Erste ja dann doch wieder auf spielerische Inhalte zurückkommen und zum Beispiel das VR-Angebot des Fernsehsenders arte nutzen. Dort kann man das Polarmeer oder die Gemälde Gauguins studieren. Auch viele Museen haben mittlerweile VR-Angebote auf ihren Webseiten oder nehmen am Projekt Google Arts Culture teil. Diese Angebote kann man oft schon mit einem normalen Smartphone und einer einfachen Pappbrillen nutzen. Wir wünschen viel Spaß beim Entdecken.

Quellen:

www.vrnerds.de
www.heise.de
www.vr-world.com
www.welt.de
www.iwt-wirtschaft-und-technik.de
www.vrbrillen.net
www.arte.tv
www.mediartinnovation.com
www.schellgames.com
www.noz.de
Google Arts and Culture