Ученые представляют 3D-голограммы, которые можно трогать и слышать

Левитирующий объемный дисплей на ультразвуковых волнах дает визуальный, звуковой и тактильный 3D-контент

Исследователи демонстрируют левитирующий объемный дисплей, использующий ультразвуковые волны. Голограмма обеспечивает визуальный, слышимый и тактильный 3D-контент. Она использует массивы ультразвуковых преобразователей, производящие звуковые волны для левитации и управления крошечной полистирольной бусиной.

Существующие голографические дисплеи могут создавать 3D-визуальный контент без очков, но у них ограниченное время отклика и способности персистенции зрения.

Теперь исследователи Суссексского университета и Токийского университета науки разработали анимированные 3D-голограммы, обеспечивающие не только визуальный, но также слышимый и тактильный 3D-контент.

Более конкретно, они продемонстрировали левитирующий объемный дисплей, использующий ультразвуковые волны. Он называется мультимодальный акустический ловушка дисплей (MATD). Система акустически ловит частицу и освещает ее RGB-светом для управления ее цветом.

Установка

Установка состоит из двух массивов ультразвуковых преобразователей, производящих звуковые волны для левитации и управления крошечной двухмиллиметровой полистирольной бусиной.

Для одновременной доставки слышимого и тактильного контента MATD использует временную мультиплексацию с вторичной ловушкой, амплитудную модуляцию и минимизацию фазы.

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

Когда светодиоды светят красным, зеленым и синим светом на бусину, она прослеживает форму объекта в трех измерениях. По мере движения бусины быстро меняющаяся LED-ванна заливает дисплей светом для производства цветов.

Поскольку бусина движется быстрее, чем может отслеживать человеческий глаз, зрители видят завершенную трехмерную форму. Никакой оптической иллюзии нет (которая обманывает мозг, чтобы увидеть перевод 2D-объекта в 3D).

И поскольку голографическое изображение фактически существует в 3D-пространстве, его можно рассматривать со всех углов без деградации качества. Более важно, техника не вызывает напряжения глаз.

Источник: Nature | DOI:10.1038/s41586-019-1739-5

Помимо создания визуального эффекта, преобразователи также заставляют бусину вибрировать на частотах, производящих звуковые волны. Эти вибрации могут быть настроены для создания звуковых волн во всем диапазоне слуха. Это значит, что движущаяся бусина может генерировать изображение говорящего лица, которое также может работать как маленький динамик, так что лицо говорило бы тоже.

Также возможно сделать дисплей тактильным, создавая ультразвуковые волны. Махающее крылья бабочки, например, можно почувствовать, если зрители подведут руки достаточно близко к голографическому изображению.

Источник изображения: Nature

Прототип, разработанный в этом исследовании, может производить изображения внутри 10-сантиметрового куба воздуха. Подводя итог, он приближает нас к объемным дисплеям, предлагая полное сенсорное воспроизведение виртуального контента.

Что дальше?

В ближайшем будущем более мощные преобразователи могут быть сделаны для генерации более крупных анимаций и использования множества бусин, хотя будет сложно хореографировать освещение множества бусин одновременно.

Технология обеспечивает позиционирование и амплитудную модуляцию акустических ловушек на частоте звукового поля (40 кГц) и открывает новые двери для мультимодальных 3D-дисплеев. Она также предлагает возможности для высокоскоростного бесконтактного манипулирования материей, с применениями в биомедицине и вычислительной фабрикации.