Wetenschappers onthullen 3D-hologrammen die u kunt aanraken en horen

• Onderzoekers demonstreren een zwevende volumetrische display met ultrasoongolven.
• Het hologram biedt visuele, hoorbare en tastbare 3D-inhoud.
• Het gebruikt arrays van ultrasonische transducers die geluidsgolven produceren om een klein polystyreen balletje te laten zweven en controleren.

Bestaande holografische displays kunnen 3D-visuele inhoud creëren zonder de noodzaak voor brillen, maar ze hebben beperkte responstijd en persistentie-van-visie mogelijkheden.

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

Specifieker hebben ze een zwevende volumetrische display gedemonstreerd met ultrasoongolven. Het heet de multimodale akoestische valdisplay (MATD). Het systeem vangt een deeltje akoestisch en verlicht het met RGB-licht om de kleur te controleren.

De Opstelling

De opstelling bestaat uit twee arrays van ultrasonische transducers die geluidsgolven produceren om een klein, twee millimeter wijd polystyreen balletje te laten zweven en controleren.

Om gelijktijdige hoorbare en tastbare inhoud te leveren, gebruikt MATD tijdmultiplexing met een secundaire val, amplitude modulatie, en faseminimalisatie.

Het balletje beweegt met snelheden tot 3,75 m/s en 8,75 m/s in horizontale en verticale richting, respectievelijk, wat superieure deeltjemanipulatiecapaciteiten biedt dan bestaande optische of akoestische holografische technieken.

Wanneer LEDs rood, groen en blauw licht op het balletje schijnen, traceert het de vorm van een object in drie dimensies. Terwijl het balletje beweegt, verlicht een snel veranderende LED-bad de display om kleuren te produceren.

Omdat het balletje beweegt met snelheden sneller dan het menselijk oog kan volgen, zien kijkers een voltooide driedimensionale vorm. Er is geen optische illusie betrokken (die het brein verleiden om een 2D-object in een 3D-object te vertalen).

En omdat het holografische beeld daadwerkelijk in 3D-ruimte bestaat, kan het vanuit alle hoeken worden bekeken zonder kwaliteitsverlies. Belangrijker nog, de techniek veroorzaakt geen oogspanning.

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

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

Het is ook mogelijk om de display tastbaar te maken door ultrasone geluidsgolven te creëren. De vleugelslag van een vlinder kan bijvoorbeeld gevoeld worden als kijkers hun handen dicht genoeg bij het holografische beeld brengen.

Afbeelding: Nature

Het prototype dat in deze studie is ontwikkeld, kan afbeeldingen produceren binnen een 10 centimeter wijd kubus van lucht. Samengevat brengt het ons dichter bij volumetrische displays, met een volledige sensorele reproductie van virtuele inhoud.

Wat is de volgende stap?

In de nabije toekomst kunnen krachtigere transducers gemaakt worden om grotere animaties te genereren en meerdere balletjes te gebruiken, hoewel het uitdagend zal zijn om de verlichting van meerdere balletjes tegelijk te choreografieren.

Lees: Een Betere Hologram Alternatief

De technologie stelt positionering en amplitude modulatie van akoestische vallen in op de geluidsveldfrequentie (40 kHz) en opent nieuwe deuren voor multimodale 3D-displays. Het biedt ook kansen voor hoge-snelheid, contactloze manipulatie van materie, met toepassingen in biomedische en computationele fabricage.