Ученые разрабатывают голограммы, которые можно потрогать и услышать

• Исследователи демонстрируют левитирующий объемный дисплей с помощью ультразвуковых волн.
• Голограмма обеспечивает визуальное, звуковое и тактильное 3D-содержимое.
• В нем используются массивы ультразвуковых преобразователей, которые генерируют звуковые волны, чтобы плавать и контролировать крошечный шарик из полистирола.

Существующие голографические дисплеи могут создавать трехмерный визуальный контент без необходимости в очках, но они имеют ограниченное время отклика и возможности постоянного обзора.

Теперь исследователи из Университета Сассекса и Токийского научного университета разработали анимированные трехмерные голограммы, которые обеспечивают не только визуальный, но также звуковой и тактильный трехмерный контент.

В частности, они продемонстрировали левитирующий объемный дисплей с использованием ультразвуковых волн. Это называется мультимодальным дисплеем акустической ловушки (MATD). Система улавливает частицу акустически и освещает ее светом RGB для управления ее цветом.

Настройка

Установка состоит из двух массивов ультразвуковых преобразователей, которые создают звуковые волны для плавания и управления крошечным полистироловым шариком шириной два миллиметра.

Для одновременной передачи слухового и тактильного контента MATD использует временное мультиплексирование со вторичной ловушкой, амплитудную модуляцию и минимизацию фазы.

Бусинка движется со скоростью до 3,75 м / с и 8,75 м / с в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно, предлагая превосходные возможности манипулирования частицами по сравнению с существующими оптическими или акустическими голографическими методами.

Когда светодиоды светят красным, зеленым и синим светом на шарик, он отслеживает форму объекта в трех измерениях. Когда шарик движется, быстро меняющийся светодиод освещает дисплей светом, чтобы воспроизводить цвета.

Поскольку бусинка движется со скоростью, превышающей человеческий глаз, зрители видят законченную трехмерную форму. Здесь нет оптической иллюзии (которая заставляет мозг видеть, как 2D-объект преобразуется в 3D-объект).

А поскольку голографическое изображение действительно существует в трехмерном пространстве, его можно рассматривать со всех сторон без ухудшения качества. Что еще более важно, эта техника не вызывает утомления глаз.

Ссылка:Природа | DOI:10.1038 / s41586-019-1739-5

Помимо создания визуального эффекта, преобразователи также заставляют шарик вибрировать на частотах, которые создают звуковые волны. Эти колебания можно настроить для создания звуковых волн во всем диапазоне слуха. Это означает, что движущаяся бусинка может создавать изображение говорящего лица, которое также может работать как маленький динамик, чтобы лицо тоже говорило.

Также можно сделать дисплей тактильным, создав ультразвуковые звуковые волны. Например, можно почувствовать хлопающие крылья бабочки, если зритель поднесет руки достаточно близко к голографическому изображению.

Изображение предоставлено:Природа

Прототип, разработанный в этом исследовании, может создавать изображения внутри куба воздуха шириной 10 сантиметров. Таким образом, это приближает нас к объемным дисплеям, предлагая полное сенсорное воспроизведение виртуального контента.

Что дальше?

В ближайшем будущем могут быть созданы более мощные преобразователи для создания более крупных анимаций и использования нескольких бусинок, хотя будет сложно организовать одновременное освещение нескольких бусинок.

Прочтите:Лучшая альтернатива голограммам

Технология позволяет позиционировать и амплитудную модуляцию акустических ловушек с частотой звукового поля (40 кГц) и открывает новые возможности для мультимодальных 3D-дисплеев. Он также предлагает возможности для высокоскоростного бесконтактного манипулирования веществом с приложениями в биомедицине и вычислительном производстве.