Nowatorskie ruchome hologramy
Grupa badawcza zajmująca się holografią na Uniwersytecie Brighama Younga (Utah, USA) nauczyła się tworzyć trójwymiarowe iluzje świetlne funkcjonujące w naszej przestrzeni bez ekranu. Jako przykład, stworzyli m.in. miniaturowe miecze świetlne trzymane przez figurki Yody i Dartha Vadera, z wydobywającymi się z nich prawdziwymi promieniami świetlnymi w odpowiednich kolorach, choć oczywiście nie tak zabójczymi w działaniu.
Naukowcy, zainspirowani filmami science fiction, zaprojektowali również bitwę między równie małymi wersjami statku kosmicznego Enterprise i Klingońskiego Krążownika Wojennego ze „Star Treka”, które zawierają torpedy fotonowe wystrzeliwujące i uderzające w statek wroga. Wszystko można zobaczyć gołym okiem.
– To, co zobaczyć można w stworzonych przez nas scenach, jest rzeczywiste – nie ma w nich nic generowanego komputerowo” – powiedział główny badacz Dan Smalley, profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Brighama Younga. – Nie jest tak, jak w filmach, w których miecze świetlne lub torpedy fotonowe nigdy tak naprawdę nie istniały w fizycznej przestrzeni. Są prawdziwe i jeśli spojrzysz na nie pod dowolnym kątem, zobaczysz, że istnieją w tej przestrzeni.
Najnowsza praca zespołu prof. Smalleya jest kontynuacją ich odkrycia sprzed trzech lat. Zaskoczyli wówczas świat informujac, że opracowali technologię, dzięki której możliwe stało się rysowanie prostych obiektów optycznych w wolnej przestrzeni, bez żadnego podłoża czy ekranu. Badacze nazwali swój wynalazek „optical trap display” (OTD), czyli w wolnym tłumaczeniu „wyświetlacz pułapek optycznych”, ponieważ jego działanie polega na uchwyceniu w powietrzu za pomocą lasera pojedynczej cząsteczki, a następnie poruszanie tą cząsteczką tak, by pozostawiała po sobie widoczną gołym okiem laserową ścieżkę. Badacze nazywają to drukarką 3D, drukującą światło.
Nowe badania idą o krok dalej, sprawiając, że opracowana technologia jest znacznie bardziej precyzyjna, a także ruchoma – stwarzają proste powietrzne animacje. Z tymi animacjami ludzie mogą wchodzić w interakcje, a także obserwować je z bezpośredniej bliskości. W przeciwieństwie do większości hologramów i innych trójwymiarowych projektów – z różnych punktów widzenia wyglądają one tak samo.
– Większość wyświetlaczy 3D wymaga patrzenia na ekran. Nasza technologia pozwala tworzyć obrazy unoszące się w przestrzeni – i nie są mirażem, tylko prawdziwymi fizycznymi obiektami – powiedział prof. Smalley. – Ta technologia może umożliwić tworzenie żywych animowanych treści, które krążą wokół, pełzają lub eksplodują z codziennych obiektów fizycznych.
Aby zobaczyć, jak wygląda prosta interakcja między laserowym obiektem a człowiekiem, badacze stworzyli małego laserowego ludzika wielkości kilku milimetrów, jakby zbudowanego z zapałek, który wędruje w powietrzu. Student biorący udział w projekcie i współautor badań – Wesley Rogers – ustawił swój palec w takich sposób, żeby ludzik wędrował po jego powierzchni. Kiedy student lekko podniósł palec, naświetlone cząsteczki poruszyły się i ludzik wyglądał tak, jakby podskoczył.
Smalley i Rogers opublikowali wyniki swoich prac w majowym numerze czasopisma Nature's Scientific Reports, w którym opisują te i inne niedawno opracowane wynalazki. Pokazują też, jak przezwyciężają czynnik, który był wskazywany jako słabość technologii „optical trap displeys” – nie mogą one odwzorowywać dużych obrazów. Badacze pokazują, że jest to możliwe, jeśli zastosuje się zmienne w czasie tło dla projekcji.
– Nauczyliśmy się robić różne wymyślne sztuczki z paralaksą ruchu* i sprawić, że wyświetlany obraz będzie wyglądał na dużo większy niż jest fizycznie – opisuje Rogers. – Ta metoda pozwoliłaby nam stworzyć iluzję znacznie głębszego obrazu, aż do teoretycznie nieskończonej wielkości OTD.
* efekt paralaksy polega na tym, że obiekty obserwowane z różnych perspektyw wydają się w jakiś sposób inne – na przykład obiekty, które są dalej, wydają się poruszać wolniej.
Badania sfinansowano z grantu CAREER amerykańskiej National Science Foundation.
Więcej na temat badań: https://www.smalleyholography.org/
Badania źródłowe: Rogers, W., Smalley, D. Simulating virtual images in optical trap displays. Sci Rep 11, 7522 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-86495-6
Opracowano na podstawie artykułu Hologram Experts Can Now Create Real-Life Images That Move in the Air – Like a “A 3D Printer for Light” opublikowanego na stronie ScienTechDaily i przygotowanego przez Uniwersytet Brighama Younga
