Wetenschappers ontwikkelen hologrammen die je kunt aanraken en horen

• Onderzoekers demonstreren een zwevende volumetrische weergave met behulp van ultrasone golven.
• Het hologram biedt visuele, hoorbare en voelbare 3D-inhoud.
• Het maakt gebruik van arrays van ultrasone transducers die geluidsgolven produceren om te zweven en een piepklein polystyreenkraaltje te besturen.

Bestaande holografische schermen kunnen visuele 3D-inhoud creëren zonder dat er een bril nodig is, maar ze hebben een beperkte reactietijd en blijvende gezichtsvermogen.

Nu hebben onderzoekers van de University of Sussex en Tokyo University of Science geanimeerde 3D-hologrammen ontwikkeld die niet alleen visuele, maar ook hoorbare en tactiele 3D-inhoud bieden.

Meer specifiek hebben ze een zwevende volumetrische weergave gedemonstreerd met behulp van ultrasone golven. Het wordt het multimodale akoestische trapdisplay (MATD) genoemd. Het systeem vangt een deeltje akoestisch op en verlicht het met RGB-licht om de kleur ervan te regelen.

De installatie

De opstelling bestaat uit twee arrays van ultrasone transducers die geluidsgolven produceren om te zweven en een piepklein, twee millimeter breed polystyreenkraaltje te besturen.

Om gelijktijdig auditieve en tactiele inhoud te leveren, gebruikt MATD tijdmultiplexing met een secundaire val, amplitudemodulatie en faseminimalisatie.

De kraal beweegt met snelheden tot 3,75 m/s en 8,75 m/s in respectievelijk horizontale en verticale richting en biedt superieure mogelijkheden om deeltjes te manipuleren dan bestaande optische of akoestische holografische technieken.

Wanneer LED's rood, groen en blauw licht op de kraal schijnen, volgt het de vorm van een object in drie dimensies. Terwijl de kraal beweegt, baadt een snel veranderende LED het scherm in licht om kleuren te produceren.

Omdat de kraal sneller beweegt dan het menselijk oog kan volgen, zien kijkers een voltooide driedimensionale vorm. Er is geen optische illusie bij betrokken (wat de hersenen bedriegt om te zien hoe een 2D-object in een 3D-object wordt vertaald).

En omdat het holografische beeld daadwerkelijk in de 3D-ruimte bestaat, kan het vanuit alle hoeken worden bekeken zonder kwaliteitsverlies. Wat nog belangrijker is, de techniek veroorzaakt geen vermoeidheid van de ogen.

Referentie:Natuur | DOI:10.1038/s41586-019-1739-5

Naast het creëren van een visueel effect, laten transducers de kraal ook trillen op frequenties die geluidsgolven produceren. Deze trillingen kunnen worden afgestemd om geluidsgolven te creëren over het hele gehoorbereik. Dit betekent dat de bewegende kraal een afbeelding kan genereren van een pratend gezicht dat ook kan werken als een kleine luidspreker, zodat het gezicht ook kan praten.

Het is ook mogelijk om het display voelbaar te maken door ultrasone geluidsgolven te creëren. De fladderende vleugels van een vlinder kunnen bijvoorbeeld worden gevoeld als kijkers hun handen dicht genoeg bij het holografische beeld houden.

Afbeelding tegoed:natuur 

Het prototype dat in dit onderzoek is ontwikkeld, kan beelden produceren in een 10 centimeter brede kubus lucht. Samengevat brengt het ons dichter bij volumetrische displays en biedt het een volledige zintuiglijke reproductie van virtuele inhoud.

Wat nu?

In de nabije toekomst kunnen krachtigere transducers worden gemaakt om grotere animaties te genereren en meerdere kralen te gebruiken, hoewel het een uitdaging zal zijn om de verlichting van meerdere kralen tegelijk te choreograferen.

Lezen:Een beter alternatief voor hologrammen

De technologie maakt positionering en amplitudemodulatie van akoestische vallen mogelijk met de frequentie van het geluidsveld (40 kHz) en opent nieuwe deuren voor multimodale 3D-displays. Het biedt ook mogelijkheden voor snelle, contactloze manipulatie van materie, met toepassingen in de medische biologie en computationele fabricage.