Inżynierowie brytyjscy i japońscy stworzyli wolumetryczny wyświetlacz oparty na lewitacji akustycznej. Za wyświetlanie w niej obrazu odpowiada mała kulka, która jest przesuwana po obszarze roboczym za pomocą emiterów ultradźwiękowych i oświetlana przez szybki projektor. Ponadto urządzenie może odtwarzać dźwięki, a także tworzyć reakcję dotykową, gdy użytkownik przyłoży palec do wyświetlacza - mówią autorzy artykułu w Nature.
Ponieważ science fiction często korzysta z wyświetlaczy wolumetrycznych, które unoszą się w powietrzu, inżynierowie od dawna pracują nad stworzeniem takich technologii w prawdziwym życiu. Z reguły ekrany wolumetryczne działają dzięki efektom optycznym. Na przykład wśród takich rozwiązań znajdują się kanadyjski ekran z jasnym polem do telekonferencji oraz amerykański ekran biurkowy 3D, który działa dzięki soczewkowemu rastrowi.
Jednak takie technologie tworzą efekt objętości wewnątrz ekranu, ale nie sprawiają wrażenia, że obraz unosi się w powietrzu. Aby uzyskać ten efekt, inżynierowie kilka lat temu sugerowali użycie lewitacji akustycznej. Działa, ponieważ szereg przetworników ultradźwiękowych wytwarza fale stojące i stabilne obszary niskiego i wysokiego ciśnienia, zdolne do mocowania małych obiektów, takich jak kulki styropianowe. Brytyjscy inżynierowie już wykorzystali ten efekt, umieszczając w powietrzu szereg kulek, które mogą obracać się w pożądanym kolorze w kierunku obserwatora lub zawieszając mały półprzezroczysty kawałek materiału, na który rzutowany jest obraz.
W nowej pracy inżynierowie pod kierownictwem Srirama Subramaniana z University of Sussex stworzyli ekran, na którym pojedyncza sferyczna cząstka jest w stanie stworzyć trójwymiarowy kolorowy obraz w czasie rzeczywistym. Urządzenie oparte jest na dwóch układach emiterów ultradźwiękowych (16 na 16), umieszczonych naprzeciw siebie: poniżej i powyżej obszaru roboczego. Projektor LED jest również zamontowany na górnej stronie tablicy nadajników.
Zasada działania wyświetlacza polega na tym, że urządzenie szybko przesuwa obszar o obniżonym ciśnieniu, w którym lewituje kulka styropianu, i oświetla go kolorem zmieniającym się w zależności od położenia kulki w przestrzeni. W wersji demonstracyjnej widać, że wyświetlacz pozwala zobaczyć w czasie rzeczywistym trzepotanie węzła torusa i motyla. Na wideo można również zobaczyć bardziej imponujące przykłady, takie jak lewitujący model Ziemi, jednak te klatki zostały wykonane przy znacznie dłuższym czasie otwarcia migawki i osoba nie może ich zobaczyć gołym okiem.
Eksperymenty wykazały, że wyświetlacz może przyspieszyć kulę do 3,75 metra na sekundę w linii prostej i do 0,75 metra na sekundę, gdy rysuje szczegóły krawędzi i narożników obrazu.
Oprócz wyświetlania obrazów 3D, wyświetlacz może również generować dźwięk słyszalny dla osoby i wywoływać reakcję dotykową. W tym celu parametry dźwięku na emiterach dobiera się w taki sposób, aby oprócz głównej pułapki służącej do lewitowania kuli, tworzyły kolejny obszar ze zmienionym ciśnieniem po jej stronie. Poprzez umieszczenie w nim palca użytkownik może poczuć reakcję ekranu.
Film promocyjny:
Autorzy zauważają, że charakterystykę obrazu widocznego gołym okiem, w tym rozmiar, można poprawić, stosując dokładniejszy model ruchu cząstek, a także jaśniejszy projektor. Ponadto dokładniejszy model pozwoli przydzielić większą część cyklu pracy emitera do wtórnej pułapki, a tym samym wzmocni reakcję dotykową.
Istnieje inna technologia tworzenia obrazu wolumetrycznego w powietrzu, opracowana przez japońskich inżynierów. Sugerują użycie do tego emiterów laserowych, które tworzą w powietrzu świecące mikrokropelki plazmy. Przesuwając obszar poświaty, prototypowe urządzenie jest w stanie tworzyć małe figury wolumetryczne bezpośrednio w powietrzu, które można dotykać palcem.
Grigorij Kopiew