Het duivengeheim grotendeels opgelost.

Het is al langer bekend dat duiven over een soort ingebouwde GPS beschikken die hen in staat stelt om na een verre vlucht feilloos hun hok terug te vinden.
Men weet ook al een tijdje dat duiven bij hun oriëntatie tijdens zo’n vlucht gebruik maken van de informatie over variaties in het magnetisch veld van de aarde.
Maar hoe de duivenhersenen die magnetische informatie verwerken was tot nu toe niet bekend.
Daar is nu verandering in gekomen.

Eergisteren (26 april 2012) publiceerden L. Wu en J.D. Dickman in Sience een artikel waarin dit uit de doeken wordt gedaan.
Ze hebben de neuronen (= zenuwcellen) in de duivenhersenen ontdekt die voor de verwerking van de magnetische informatie zorgen.
Die neuronen bevinden zich in de hersenstam en verwerken gegevens over richting, sterkte en polariteit (=zin) van het aardmagnetisch veld.
Let er op dat de neuronen de gegevens over het magnetisch veld niet zelf detecteren, Ze verwerken ze alleen maar. De gegevens zelf krijgen ze doorgestuurd door magnetische receptoren die zich elders in het duivenlichaam bevinden.

En daar zit nog een probleem. Want waar die magnetische receptoren zich precies bevinden is nog onduidelijk.
Er is een tijdje gedacht dat ze zich aan de bek van de vogel zaten, in de witte knobbel (zie beeld hieronder) die rijk is aan magnetiet, een oxide van ijzer.

Maar zeer recent (11 april 2012) is in Nature een artikel gepubliceerd, waarin aangetoond wordt dat dit niet het geval is.
Die ijzerrijke cellen in de knobbels zijn volgens deze studie gespecialiseerde witte bloedcellen (macrofagen) die zorgen voor de recyclage van het ijzer uit afgestorven rode bloedcellen. Absoluut geen magnetische detectoren dus.

Waarom zijn die magnetoreceptoren zo moeilijk te vinden?
De reden daarvoor is dat het lichaam geen magnetische velden tegenhoudt. Daardoor kunnen de receptoren overal in het lichaam voorkomen.
En begin dan maar eens te zoeken…
Bij andere receptoren ligt dit wel anders. Lichtreceptoren bijvoorbeeld zijn stukken eenvoudiger te ontdekken. Licht kan immers niet diep in de weefsels doordringen. De lichtreceptoren (netvlies in de ogen) moeten dus dicht aan de lichaamsoppervlakte liggen. En daardoor zijn ze gemakkelijker te vinden.

Om de magnetoreceptoren toch te ontdekken willen L. Wu en J.D. Dickman nu de weg terug volgen: van de verwerkende neuronen de weg terug gaan naar de receptoren die de signalen bezorgen.
Ze hebben trouwens al werk op die weg afgelegd. En dat wijst erop dat het binnenoor de “place to be” zou kunnen zijn. De resultaten van dat onderzoek kan je in dit pdf-bestand lezen.

Het duivengeheim is dus al voor een groot deel opgelost. Maar nog niet helemaal.
Er is nog wat werk aan de duivenwinkel.

Zoals het ytterbiumklokje tikt

Tijd is een moeilijk begrip.
We ervaren tijd als de opeenvolging van momenten.
Tijdsduur is meetbaar. En voor al wat meetbaar is hebben we een meet-eenheid.
Voor lengte is dat de meter, voor massa is dat de kilogram.
Voor tijd is dat de seconde.
Eén meter en één kilogram kunnen we ons nog tamelijk gemakkelijk voorstellen.
Maar wat is een seconde eigenlijk?

Oorspronkelijk was een seconde het 86.400ste deel van een zonnedag.
En een zonnedag is de tijdsduur die de aarde nodig heeft om éénmaal om haar as te draaien, gezien vanaf de zon.
Maar die zonnedag is om allerlei redenen niet constant.
O.a. omdat de rotatie van de aarde om haar as niet constant is.
Toen men dat besefte, is men allerlei trucs gaan bedenken om te corrigeren. Maar het was eigenlijk allemaal wat lapwerk.
De seconde was dus een slecht omschreven eenheid van tijdsduur.

Tot men in 1955 resoluut een andere richting uitging.
Men liet voorgoed de koppeling varen tussen de eenheid van tijdsduur en de aardrotatie. M.a.w. de seconde was niet langer een deeltje van de duur van een dag.
Van toen af aan werd wat er in het inwendige van atomen gebeurt de basis voor de bepaling van de seconde.
Om het niet te ingewikkeld te maken: in een atoom kan men de deeltjes die erin aanwezig zijn zeer snel aan het trillen brengen.
Die trillingen verlopen met een zeer constant ritme en ze zijn zeer precies te tellen. Ik laat hier in het midden hoe men dat doet.

In 1969 heeft men besloten om de seconde een nieuwe definitie mee te geven op basis van zo’n trillingsaantal.
Van toen af aan was 1 seconde = de tijd nodig om in een atoom cesium 9.192.631.770 trillingen te tellen.
De nauwkeurigheid van die telling werd meer en meer verbeterd.
Daardoor werd de fout op de seconde van langs om kleiner.
Een cesium-atoomklok die op die telling gebaseerd is, vertoond tegenwoordig maar een fout van 1 seconde op 100 miljoen jaar!

En toch is men nog niet tevreden.
Men vindt dat nog altijd niet nauwkeurig genoeg.
Een nieuwe studie van wetenschappers aan het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) te Gaithersburg stellen nu voor om niet langer de atoomsoort cesium te gebruiken.
Ze tonen in hun studie aan dat met de atoomsoort ytterbium nog veel nauwkeuriger kan gewerkt worden.
Wellicht zit er dus een aanpassing van de definitie van de seconde aan te komen op basis een trillingsaantal in een atoom ytterbium.

Waarom moet de tijdsduur nu zo nauwkeurig kunnen gemeten worden?
Natuurlijk heeft dit geen nut voor onze dagelijkse bezigheden?
Hola, niet te vlug.
Een paar voorbeelden maar.
Wat dacht je van je radiogestuurd klokje of wekkertje?
Dat haalt zijn juiste tijd uit een radiogolf afkomstig van de DCF77-zender in Mainlingen en op zijn beurt is dat radiosignaal gekalibreerd op een atoomklok in Braunschweig. Ik heb het daar daar al eens in een vorig berichtje over gehad.
Maar niet alleen je wekkertjes, ook je computerklok en de juiste tijd op je radio en TV b.v. zijn geijkt op de Braunschweig atoomklok
En gebruik je nu ook een GPS om de weg naar huis of naar elders te vinden?
Welnu het de nauwkeurigheid van het hele GPS-systeem hangt af van de nauwkeurigheid van de atoomklokken die de 24 GPS-satellieten aan boord hebben.

Laat ons dus maar blij zijn dat die klokjes nauwkeurig werken.
Nu moeten we teminste aan ons vrouwke (of manneke) niet vragen om de kaart te lezen als we ergens naar toe willen.
Was dat bij jullie ook zo’n ramp?

Big Brother is watching you: GSM + GPS

Tijdens onze bloesemwandeling vorige woensdag kwam het ter sprake: een GSM kan een erg nuttig instrument zijn, maar het nadeel is dat je een stuk van je privacy verliest.
Als je dat ding aan laat staan, ben je overal en op elk moment te bereiken en lastig te vallen.
Persoonlijk ben ik een erg beperkte GSM-er maar als er (vooral) jonge mensen thuis op bezoek komen ontkom je er niet aan: hun belletje rinkelt of hun tunetje galmt voortdurend.

En er is geen beterschap in zicht.
De nieuwe generatie Gsm's, de smartphones, hebben meestal al standaard een GPS ingebouwd.
Dan gaan de poppetjes pas echt aan het dansen: ze kunnen u dan niet alleen meer lastig vallen wanneer ze dat nodig vinden, ze weten ook nog op elke moment waar je precies bent.

Binnen het global positioning system (gps) worden er 32 speciale satellieten gebruikt. Die draaien in zes verschillende banen om de aarde en zenden elk een eigen signaal uit.
Elke gps-ontvanger kan daardoor bijna overal ter wereld zijn positie tot op 10 meter nauwkeurig bepalen.

Omdat de gps-ontvangers in GSM's in een apparaat zitten dat ook een zender bevat, kunnen anderen ook zien WAAR je bent.
Dat biedt allerlei nieuwe "mogelijkheden" om in contact te blijven met vrienden en bekenden. Via Google Latitude bijvoorbeeld kan je eenvoudig op een kaart zien waar die vrienden uithangen.

Op de video hieronder zie hoe Google zijn Latitude-toepassing zelf presenteert:

Uiteraard kunnen dergelijke toepassingen ook nuttig zijn.
Oudere dementerende mensen kunnen opgespoord worden als ze hopeloos verdwaald geraken.
Ouders kunnen hun kinderen altijd lokaliseren.
Maat we zitten dan toch wel heel erg dicht bij Big Brother!
Is het wel nodig dat ouders op ieder moment weten waar hun kinderen uithangen? Hebben kinderen geen recht op een minimum aan privacy?
Moeten werkgevers altijd kunnen weten waar hun personeel zich bevindt?

Jerome Dobson, voorzitter van de American Geographical Society, maakt zich daar zorgen over.
Hij publiceerde op 23 april in Nature een artikel waarin hij zijn vrees uitdrukt over de effecten van het zich overal gevolgd te weten.
Tenzij je een (duur) abonnement hebt op dit toptijdschrift, kan je alleen maar een kort resumé lezen. Maar in de Kansascity Star vind je een uitgebreide samenvatting van een ouder artikel van dezelfde auteur over hetzelfde thema.

Dobson vreest dat die nieuw toepassingen de relaties tussen mensen enorm kan beïnvloeden.
Zijn we in staat om voldoende ethische verantwoordelijkheid op te brengen om die nieuwe technologieën op een correcte wijze te gebruiken?
Zoals steeds zit het probleem dus niet in de technologie zelf, want de positieve mogelijkheden zijn er. Het probleem zit bij de mensen die de technologie gebruiken.

Om toch met een lichte (maar illustratieve) noot over het "risico" van gps-toepassingen te eindigen: wie herinnert zich niet de lotgevallen van bospoeper André Vangenechten in de schitterende Eén-serie "Van Vlees en Bloed", toen hij met zijn schoonbroer Wilfried in het bos een reebok ging schieten. Zie je hem nog rondhuppelen met dat afgesneden "zender-oor" om de satelliet te misleiden?
Onvergetelijk!

Foto: Eén - Van Vlees en Bloed

Vorige week KEPLER, deze week GOCE

Belangrijke ruimtevaartmissies volgen elkaar in een hoog tempo op.
Vorige week hadden we het hier over het Kepler-project van NASA, de zoektocht naar aarde-achtige planeten in ons melkwegstelsel.
Gisteren lanceerde de Europese ruimtevaartorganisatie ESA haar GOCE-satelliet.

Bron: Wikipedia

GOCE is een letterwoord dat staat voor Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer.
Meteen wordt al enigszins duidelijk wat de bedoeling is van die satelliet: onderzoek van het zwaartekrachtveld van onze aarde en van circulatiepatronen in oceanen.

Newton heeft ons in de 17de eeuw al geleerd dat alle massa’s elkaar aantrekken. Deze universele gravitatiewet, heeft als gevolg dat ook de aarde een aantrekkingskracht uitoefent op alle voorwerpen in haar omgeving. Die aantrekkingskracht noemen we de gravitatiekracht of de zwaartekracht. Maar aangezien onze aarde geen perfecte bol is en de massa van de aarde niet schoon gelijkmatig verdeeld is, zullen er plaatselijke verschillen in sterkte van de zwaartekracht optreden.
Het precies in kaart brengen van die verschillen in zwaartekracht
is een belangrijke factor om beter inzicht te verwerven in allerlei processen die zich op en rond onze planeet afspelen. Zo hangen circulaties in de enorme watermassa’s van de oceanen en de gevolgen daarvan voor het klimaat op aarde, in belangrijke mate af van de verschillen in zwaartekracht. Ook voor de verdere verfijning van GPS-systemen is die kennis belangrijk.

Foto: ESA

Wat je op het beeld hierboven ziet, is de zogenaamde geoide .
Hiermee stelt men berekende verschillen in zwaartekracht op aarde voor. Het oppervlak dat je ziet is niet het aardoppervlak zelf maar een wiskundig berekend oppervlak rond de aarde. Het oppervlak verbindt alle punten met gelijke zwaartekracht. De hoger gelegen rode plekken liggen boven gebieden met een hoge massaconcentratie en dus grotere zwaartekracht. De lager gelegen blauwe plekken liggen boven gebieden waar de zwaartekracht kleiner is. Alle andere kleuren tussen rood en blauw liggen boven gebieden met zwaartekracht tussen de hoogste en de laagste in.

De GOCE-satelliet die gisteren gelanceerd werd, beweegt in een zogenaamde zonsynchrone baan op 260 km boven onze planeet.
Een zonsynchrone baan is een baan waarbij de satelliet steeds op hetzelfde uur dezelfde plaats overvliegt.
De Europese satelliet zal er 20 maanden lang waarnemingen doen die een zeer gedetailleerd driedimensionaal beeld van het aardse gravitatieveld moeten opleveren.
In deze YouTube-film kan je nog meer leren over dit belangrijk Europees ruimteproject

En ook op dit punt doet GOCE niet onder voor Kepler: GOCE twittert!

En er was nog een verjaardag!

We kunnen hier niet alles tegelijk vieren. Gisteren was het Mia’s verjaardag, zaterdag was het pi-dag.
Maar vrijdag 13 maart was het ook de 20ste verjaardag van het Wereld Wijde Web (WWW). En daar wil ik zeker ook aandacht aan besteden.
 
Ik mag zeggen dat ik die geboorte 20 jaar geleden van dichtbij meebeleefd heb.
Van 1989 af had ik thuis al een internettoegang via een telefoonmodem en abonnement bij Compuserve.
Compuserve was een Amerikaans bedrijf dat zijn computernetwerk tegen betaling beschikbaar stelde aan de hele wereld via het Internet.
Het Internet was een wereldwijd burgerlijk computernetwerk afgeleid van het Amerikaans militair netwerk Arpanet.
Toen ik bij Compuserve aansloot hadden ze ook in Brussel al een inbelpunt op hun netwerk, zodat je tegen een aanvaardbaar telefoontarief toegang kon krijgen.
Het-van-het waren in die tijd de zogenaamde forums, waarin mensen met gelijklopende interesses via het internet met elkaar konden corresponderen. Het was een boeiende internationale praatbarak.
Alles verliep nog via getypte tekst, maar er was wel al een mogelijkheid om kleine computerprogrammaatjes (shareware) uit te wisselen en te downloaden.
We voelden de wereld zienderogen kleiner worden.

Ter gelegenheid van het schoolfeest van 1990 gaf ik een demonstratie van wat internet was en van de potentiële mogelijkheden die het als enorme informatiebron zeker voor het onderwijs kon bieden. Ik had daarvoor 2 grote monitoren gehuurd en de bezoekers konden samen met mij, in een lokaaltje tegenover onze leraarskamer, kennismaken met het Net.
Het Heilig Graf had (weer eens) voor een primeur in het Bilzerse onderwijs gezorgd.

Toen kwam 1992 en het Wereld Wijde Web. 


De Amerikaanse fysicus Tim Berners-Lee (rechts op de foto) en zijn Belgische collega, de in Tongeren geboren ingenieur Robert Cailliau (links op de foto), ontwikkelden een netwerk van knooppunten, een web met computers waarop, via een specifieke taal (HTML), hypertextdocumenten werden opgeslagen.
Hypertextdocumenten zijn documenten die elementen bevatten (hyperlinks genoemd), waardoor men via een eenvoudige muisklik naar een ander document wordt geleid. Om die hypertextdocumenten te kunnen zien en gebruiken is een zogenaamde browser nodig.
Ik herinner me dat Netscape de eerste browser was die toegang gaf tot dat wereldwijde web.
Het hek was de dam en het WWW kende op korte tijd een enorme explosie. Snel werden, naast tekst, ook beelden, klank en film op de hypertextpagina’s toegankelijk.
Een set van die pagina’s kreeg de naam website. En websites bezoeken via een browser werd surfen: het internettaaltje kreeg een snel groeiende woordenschat.
Er kwam programmatuur beschikbaar waarmee ook amateurs hun eigen websites konden in elkaar flansen. En al snel had ook het Heilig Graf zijn eigen website.

20 jaar na de geboorte van het Web is internet niet meer weg te denken uit ons leven. Surfen, e-mailen, chatten, skypen, twitteren, facebooken,… zijn voor velen een dagelijkse bezigheid.
Het Net en het Web zijn in die tijd ook enorm veranderd.
Van een passieve infomatiebron is het Web geëvolueerd naar een omgeving waar de gebruikers mee de informatiestroom bepalen via blogs en nu ook twittertweets.

Wat het Web in de toekomst wordt is koffiedik kijken.
Een verdere integratie in andere toestellen dan PC’s is voor de hand liggend. De koppeling van het Web met GSM en GPS is al een feit. Schoolborden worden digiborden waarop de kolossale informatie van het Web klassikaal voor het onderwijs in realtime bereikbaar is.
De klassieke informatiemedia zoals kranten, maar ook radio en TV zullen zich snel moeten aanpassen en zich meer op duiding moeten concentreren i.p.v. als eerste informatiebron te willen optreden. Ik heb over vrijwel elk nieuwsfeit al uren lang talloze twittertweets binnen vóór daar ‘s anderendaags iets van in de krant te lezen is.

Spijtig genoeg is er wellicht ook een grote kans op het ontstaan van een nieuwe soort armoede: de armoede van het gebrek aan geïnformeerd zijn omdat men de financiële draagkracht niet heeft om zich de nieuwe ICT-middelen aan te schaffen.

En het gaat toch allemaal zo geweldig snel. Of is dat soms ouder  worden?
Ik hoop dat ons oud koppeke dat allemaal kan blijven bijhouden. 
Ik sluit dit mijmeringske af met een YouTubeke (nog zo’n recent internetfenomeen) dat u een duidelijk overzicht geeft van de nog jonge ontstaansgeschiedenis van het Net. Het in nogal technisch, maar kijk maar eens rustig. 

Eindejaarslijstjes 1

De tijd tussen Kerstmis en Nieuwjaar is klassiek de periode van jaaroverzichten en van lijstjes met de beste van dit en de slechtste van dat.
Ik ga mij hier ook aan zo'n kort lijstje wagen.
En aangezien ik qua vorming en interesse toch vooral een techneut ben, wil ik het even hebben over de sterkste technologische doorbraken in 2008.
Volgens mijn bescheiden mening is GPS er zeker één van.
De verkoop van GPS-toestellen voor autonavigatie is in de loop van het voorbije jaar exponentieel gegroeid. Zelfs de grootste sceptici onder mijn familie en vrienden zijn in 2008 bezweken (de meeste toch, maar er zullen altijd nakomertjes zijn...) en rijden nu met een doosje rond dat hun duidelijk maakt hoe en waar ze in het donker moeten afslaan om zonder kleerscheuren en ellenlang zoeken van Romershoven naar b.v. Langenordnach im Schwarzwald te reizen.
GPS (Global Positioning System) bestaat nochtans al lang. Het systeem is in het Amerikaanse leger operationeel sinds 1978 en voor commercieel gebruik vrijgegeven in 1993. Maar dit jaar is de integratie van de elektronica die in staat is om de zwakke signalen van de navigatiesatellieten op te vangen, enorm toegenomen. GPS-systemen zijn sinds dit jaar niet alleen te vinden in echte personal navigators, maar ook in mobiele telefoons, in iPhones, in laptops, in notebooks en...in enkelbanden van geïnterneerden. Deze "boom" in de integratie van GPS heeft alles te maken met de verderschrijdende miniaturisatie van de elektronica en de daling van de kostprijs van de noodzakelijke chips.
De nauwkeurigheid van de positiebepaling is op dit ogenblik nog beperkt tot 5 à 10 meter. Het tegenwoordige globale positiesysteem werkt met een set van 24 (militaire) satellieten die gelijkmatig verdeeld rond de aarde draaien:

Voor meer nauwkeurigheid is een nieuwe generatie navigatiesatellieten nodig die op een efficiëntere wijze radiosignalen uitzenden. Met die moderne satellieten zou de nauwkeurigheid toenemen tot 50 cm! De lancering van de eerste van die "drie-frequentie-satellieten" is voorzien voor 2009.
Maar ook aan de kant van de ontvangers is er een evolutie op komst. De nieuwe generatie, zogenaamde hybride-ontvangers, verwerken niet alleen de satellietsignalen, maar ook signalen afkomstig van TV-, radio- en GSM-masten in de buurt. De gezamenlijke verwerking van al die signalen kan een merkelijke verbetering van de nauwkeurigheid opleveren. Door het plaatsen van zenders op verschillende hoogten in flatgebouwen en op andere locaties die op verschillende hoogteniveaus gelegen zijn, hoopt men ook het probleem van de hoogtebepaling te kunnen oplossen: de GPS maakt je dan niet alleen duidelijk in welke straat je loopt, maar ook op de hoeveelste verdieping van het gebouw waarin je vrouwtje (of mannetje) centjes aan het spenderen is...
Oudjes onder ons, weet je het nog: "God ziet mij, hier vloekt men niet". Meer dan ooit waar, maar nu is het eerder "Big Brother is Watching You".

P.S.: wil je meer weten over hoe GPS werkt, dan je b.v. dit YouTube-filmpje eens bekijken. Het is in het Engels, niet zo eenvoudig maar wel degelijk. Of anders moet je maar eens "rondgoogelen"