Wetenschap zit Star Wars op de hielen
Lang geleden, in een sterrenstelsel hier ver, ver vandaan, reisden mensen met ruimteschepen sneller dan het licht en vochten ze knetterende duels uit met lichtzwaarden.
Ze kregen robotarmen, praatten met 3D-hologrammen en vaagden complete sterrenstelsels weg met wapens ter grootte van planeten.
De technologie in Star Wars was de werkelijkheid altijd ver vooruit, maar her en der in onderzoekslaboratoria is echte techniek de ruimteschepen, robots en geneeskunde uit de filmwereld langzamerhand aan het inhalen.
De prothese doet denken aan deze robotarm uit Star Wars Episode V.
Geïnspireerd door de films heeft de wetenschap een aantal ontdekkingen gedaan en technologische stappen gezet, waardoor ziekten nu effectiever behandeld worden, terwijl astronomen steeds meer planeten vinden die sprekend lijken op die uit Star Wars.
In de toekomst kunnen we zelfs supercomputers verwachten op basis van fotonen, en ruimtevaartuigen die de snelheid van het licht naderen.
Geneeskunde
Prothesen zijn aan te sturen met je gedachten, en de echte versie van de droids uit Star Wars wordt de chirurg van de toekomst.
Van torpedo tot kankerbehandeling
In de Star Wars-film A New Hope uit 1977 vernietigt de held Luke Skywalker de Death Star, een militaire basis ter grootte van een maan, door precies de zwakke plek ervan te raken met protontorpedo’s.
In de echte wereld keren onderzoekers de techniek om en gebruiken ze protonen juist om levens te redden.
Geïnspireerd door de precisie van de torpedo’s ontwikkelen ze protonentherapie, waarbij protonen heel nauwkeurig op een tumor worden afgevuurd.
Bij traditionele bestraling bestrijdt een röntgenapparaat een tumor met ioniserende straling. Die straling is energierijk genoeg om elektronen los te rukken uit atomen en zo de moleculen in de door kanker getroffen cellen kapot te maken.
Maar het nadeel van röntgenbestraling is dat ook gezond weefsel rondom de tumor beschadigd wordt.
In Star Wars voeren droids operaties uit (links). In het echt gebruiken chirurgen de robot da Vinci voor complexe operaties (rechts). Da Vinci heeft nu nog menselijke commando’s nodig, maar er wordt gewerkt aan een nieuwe generatie van het apparaat, dat helemaal zelfstandig werkt.
Protonen zijn preciezer.
Een zogeheten synchrotron versnelt de deeltjes tot een bepaald energieniveau, dat kan worden omgerekend tot een bepaalde diepte in het lichaam: precies daar waar de tumor zich bevindt.
De meeste energie van de protonen komt vrij wanneer de deeltjes in het weefsel worden afgeremd.
Door het ‘stoppunt’ van de deeltjes boven in de tumor te plaatsen, kan het grootste deel van de schadelijke stralingsenergie worden afgegeven in het zieke weefsel, waardoor het gezonde weefsel eromheen wordt ontzien.
Robotarm wordt met gedachten bestuurd
LUKE arm beweegt als je aan de beweging denkt en geeft iemand zelfs zijn tastzin terug met behulp van elektroden die signalen uit de hersenen naar de arm sturen en vice versa. De arm is geïnspireerd op de Star Wars-held Luke Skywalker, die zijn hand verliest en een natuurgetrouwe prothese krijgt.
Zie de robotarm LUKE Arm in actie
Met de robotarm LUKE Arm, die werkt op denkkracht, kan de patiënt een ei oppakken zonder dat dit breekt en een trouwring af- of omdoen.
Techniek
Met door lasers aangedreven ruimtevaartuigen en manipulatie van fotonen naderen we de lichtsnelheid – en het lichtzwaard.
Hologram leidt tot wiskunde in 3D
Protonentherapie wordt op diverse plekken al toegepast, op de voet gevolgd door een andere geneeskundige technologie: driedimensionale hologrammen.
Deze virtuele projecties van personen waren in de loop van de jaren een vast bestanddeel van het Star Wars-universum. De technologie heeft inmiddels navolging gekregen in de werkelijkheid en is zo ver gevorderd dat artsen organen in 3D kunnen onderzoeken.
Fotonen maken lichtzwaardje
Onderzoekers lieten fotonen, die zich gewoonlijk niet binden, kleine ketens vormen. De ketens, die het dichtst bij het legendarische lichtzwaard uit Star Wars komen, worden mogelijk toegepast in ultrasnelle kwantumcomputers.
Zo maakt het Australische bedrijf Voxon Photonics natuurgetrouwe 3D-hologrammen in een glazen koepel. Hun systeem VX1 projecteert een half miljard lichtpuntjes per seconde. Het voorwerp, een lever bijvoorbeeld, wordt digitaal als een cake in honderden plakjes gesneden.
Elk plakje wordt als licht door een scherm heen geprojecteerd dat razendsnel op en neer gaat en de lagen zo snel laat zien dat het oog de verschillen niet kan registreren. Daarom zie je een 3D-hologram, hoewel het in feite allemaal laagjes zijn.
De technologie is niet alleen toepasbaar in de medische wereld. De makers willen ook gameconsoles ontwikkelen waarmee de spelers kunnen wedijveren met 3D-figuren op het scherm voor hen.
500 miljoen lichtpuntjes per seconde projecteert de hologrammachine VX1.
Daarnaast kunnen hologrammen worden ingezet in het onderwijs, bijvoorbeeld om de planeten in het zonnestelsel of geavanceerde wiskundige 3D-modellen van alle kanten te bestuderen.
Werkelijkheid haalt Star Wars in
De eerste Star Wars-film bevatte allerlei wilde sciencefictiontechnologie
Toen de film in 1977 uitkwam, zou het nog zeven jaar duren voor de eerste mobiele telefoon uitkwam, en 25 jaar voor de eenvoudige robotstofzuiger de wereld veroverde. Maar in Star Wars wemelde het van de lasers, ruimteschepen op zonne-energie en intelligente robots.
Inmiddels maakt de technologie uit Star Wars op bepaalde punten een verouderde indruk.
Zo hebben de computers in de films een korrelig beeld en worden belangrijke gegevens opgeslagen op fysieke eenheden in plaats van te worden verstuurd via een versleutelde internetverbinding.
Star Wars bevat echter ook technologie die nog steeds onmogelijk lijkt, zoals de mythische lichtzwaarden en de duizelingwekkende snelheden van de ruimteschepen.
Maar ook hier komen we stapje voor stapje dichter bij de films. Wetenschappers overal ter wereld laten zich niet afschrikken door de extreemste Star Wars-technologieën – ook niet als deze de natuurwetten tarten.
De ruimteschepen in Star Wars bereiken bijvoorbeeld vaak de lichtsnelheid, en veel ruimtevaartingenieurs hebben de ambitie om op lange termijn motoren te bouwen die de lichtsnelheid naderen, of overschrijden, en zo verre sterrenstelsels kunnen bereiken.
Astronomie
De extreme werelden in Star Wars zijn niet onrealistisch. Er zijn planeten ontdekt die verdacht veel lijken op die in de films.
Heftige planeten lijken op Star Wars
We ontdekken steeds meer extreme exoplaneten die doen denken aan die in Star Wars. De afgelopen jaren spotten telescopen onder meer ijs- en lavaplaneten.
Lichtzeil moet naar andere sterren
De laatste jaren interesseren ingenieurs zich vooral voor een ‘motor’ zonder brandstof: het lichtzeil. Fotonen, de kleinste bestanddelen van licht, kunnen een ruimtevaartuig voortstuwen door hun energie op een groot vlak over te brengen.
Het ruimtevaartuig StarChip bereikt 20% van de lichtsnelheid, wat het nog niet haalt bij Star Wars. De StarChip versnelt doordat fotonen uit lasers op aarde tegen een zeil ‘duwen’. De laserstralen passen hun richting synchroon aan om het zeil onderweg steeds te blijven raken.
Hoewel elk foton maar een klein beetje energie overbrengt, kunnen de deeltjes een zeil over honderdduizenden kilometers afstand blijven raken.
En er is in de ruimte geen luchtweerstand of andere wrijving die ze afremt. De onderzoekers denken daarom dat een lichtzeil potentieel 20 procent van de snelheid van het licht kan bereiken.
Dat brengt de dichtstbijzijnde ster buiten het zonnestelsel, Proxima Centauri, binnen enkele decennia binnen bereik.
Nu is dat nog niet zo. De ruimtesonde Voyager 1 is weliswaar de grens van het zonnestelsel gepasseerd, maar het duurt nog 75.000 jaar voordat hij bij Proxima Centauri is.
Het plan is om sommige lichtzeilen door lasers te laten ‘voortduwen’ en andere voort te stuwen met behulp van de zon. Onlangs testte de organisatie The Planetary Society de LightSail 2, een vierkant zonnezeil van 32 m2.
Het zeil werd op 23 juli 2019 uitgeklapt en had vier dagen later, slechts met behulp van de straling van de zon, een minisatelliet 2 kilometer hoger in de ruimte gebracht. De testvlucht toont aan dat het basisprincipe van de lichtzeilen deugt: fotonen zijn in staat om zonder verdere hulp een ruimtevaartuig voort te ‘duwen’.
Warpsnelheid is mogelijk
In Star Wars vliegt het snelste ruimteschip met 1000 keer de lichtsnelheid. En als we echt ver het heelal in willen, moeten we de grenzen van de natuurwetten opzoeken. Ingenieurs van NASA hebben de zogeheten Alcubierre-drive onderzocht.
Volgens Einstein kan geen enkel object de lichtsnelheid overschrijden in een vacuüm, maar kan de natuur zelf deze universele snelheidsgrens wel doorbreken. Hoewel een ruimteschip niet sneller kan gaan dan het licht, kan de ruimtetijd zelf – de materie waaruit het heelal bestaat – wel uitdijen met een grotere snelheid dan het licht.
Dat gebeurde in de prille jeugd van het universum, toen het in fracties van een seconde extreem uitdijde.
2 km steeg een satelliet op slechts geholpen door de straling van de zon.
De Alcubierre-drive benut dit fenomeen door een ruimteschip in een ‘warpbubbel’ te plaatsen, waarbij de ruimtetijd achter het ruimteschip uitdijt en ervóór samentrekt.
Dan overschrijdt het schip, meegevoerd door de ‘verschoven’ ruimtetijd, de lichtsnelheid. Er zijn nog wel wat barrières te slechten. Zo moet de Alcubierre-drive zogenoemde negatieve energie gebruiken om de ruimtetijd te vervormen, en negatieve energie is nog niet waargenomen in de natuur.
De Star Wars-planeet Starkiller Base verzwelgt een ster om de energie ervan af te vuren. In het echt kunnen alleen zwarte gaten sterren verzwelgen. In 2018 zagen we voor het eerst hoe materiaal werd weggeslingerd terwijl een ster steeds dichter naar een zwart gat toe draaide.
Als het lukt om de extreme ‘motoren’ te realiseren, heeft Star Wars niet alleen zijn stempel gedrukt op de wetenschap op aarde, maar zijn de films ook een inspiratiebron geweest om de mens tot buiten het zonnestelsel te brengen, zodat we net als in de films een interstellaire soort kunnen worden.
