De Klant

De universiteit van Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel), specifiek de faculteit scheikunde. Ze zijn een samenwerking aangegaan met het IPN (Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik) voor het onderzoeksproject DiVEx, dat eerstejaarsstudenten helpt om met zelfvertrouwen aan hun praktijklessen in het laboratorium te beginnen.

De Uitdaging

Voor het eerst een universitair scheikundelaboratorium betreden zorgt bij veel eerstejaarsstudenten voor flink wat stress en spanning, mede door de academische druk en de onbekende, gevaarlijke omgeving. De universiteit van Kiel zocht naar een veilige manier waarop studenten kunnen oefenen voordat ze de echte ruimte betreden. Hoewel een van de doelen het creëren van een toegankelijke ‘digitale tweeling’ (digital twin) van hun specifieke laboratorium was, lag de grootste uitdaging in het transformeren van deze virtuele werkruimte tot een zeer realistische trainingservaring. Deze moest voldoen aan strenge wetenschappelijke normen, maar tegelijkertijd intuïtief genoeg zijn voor onervaren VR gebruikers. We moesten geavanceerde, interactieve systemen vanaf de grond af opbouwen: systemen waarmee studenten fysiek chemicaliën kunnen schenken en mengen die dynamisch op elkaar reageren, een functionele Bunsen brander simuleren waarbij het draaien aan de ventielen de vlam nauwkeurig verandert, en stoffen of pH-papier zo programmeren dat ze op basis van de chemische reacties van kleur veranderen.

De Oplossing

Een standalone, volledig immersieve 3D VR-laboratoriumtraining, geoptimaliseerd voor de Vive XR Elite en gebouwd met het OpenXR-framework. Hoewel de software oorspronkelijk is ontworpen voor de Vive XR Elite, stelde deze opzet ons in staat de applicatie eenvoudig aan te passen, waardoor deze ook perfect draait op de Meta Quest 3. De applicatie fungeert als een digitale replica van het CAU-laboratorium, compleet met realistische verlichting en achtergrondgeluiden van de afzuigsystemen om de immersie te maximaliseren. Om het onboarding proces voor studenten zo moeiteloos mogelijk te maken, zijn alle interacties (zoals navigeren, grijpen, mengen en schenken) gekoppeld aan één enkele knop: de trigger op de controller. Alleen voor complexere handelingen is af en toe een tweede knop nodig.

Opvallende unieke functionaliteiten

De meest geavanceerde onderdelen van de app richten zich op realistische scheikundige handelingen en toegankelijkheid.

• Interactieve scheikunde: De app bevat een realistisch gietsysteem waarbij vloeistoffen dynamisch mengen. Ook bevat de app een volledig werkende bunsenbrander met vlamtesten, responsieve pH-papiertesten en een in-app 360-graden video die de handelingen voordoet.
• Makkelijke en moeilijke modes: Studenten kunnen hun eigen tempo bepalen en zelf kiezen of ze hints willen krijgen tijdens de training.
• Slim systeem voor kleurenblindheid: Voor studenten die moeite hebben met het waarnemen van kleuren hebben we een dynamisch pop-upscherm gebouwd. Wanneer de student naar een container met vloeistof kijkt, toont dit scherm een live tekstbeschrijving met de exacte actuele kleur van de stof.
• Taalopties: De volledige applicatie is speelbaar in zowel het Duits als het Engels.
• Visueel vastklikken: Een mechanisch drag-and-drop-systeem markeert objecten met een silhouet, waardoor items automatisch op de juiste plek vastklikken op de juiste positie.

Duidelijke evaluatie en tracking

De app helpt studenten te leren van hun fouten. Indien nodig verschijnen er visuele pijlen op het scherm om hen in de juiste richting te wijzen. Terwijl studenten gaandeweg quizvragen beantwoorden, volgt de app hun acties op de achtergrond. Als er te veel fouten worden gemaakt, moeten studenten een deel opnieuw spelen. Bovendien geeft de app direct feedback als ze fouten maken, zoals het weggooien van gevaarlijk afval in de verkeerde bak. Dit helpt onderzoekers om te bepalen of studenten leren van hun fouten.