Голограма, до якої можна торкнутися

Науковці розробили голограму, що поєднує рухомі картинки зі звуком і тактильним фідбеком. Потрапивши у таку голограму, відчуваєш опір і поколювання, повідомляють науковці в журналі «Nature». Це стає можливим завдяки акустичній левітації: ультразвукові хвилі рухають крихітними освітленими частинками, продукуючи звук і відчуття дотику водночас.

Голограма вільно плаває у повітрі, продукує звуковий та тактильний фідбек. Зображення: Eimontas Jankauskis/ Nature.

«Голодек» на космічному кораблі з серіалу «Зоряний шлях» або проєкція принцеси Леї у першій частині «Зоряних воєн»: у науковій фантастиці голограми з’являються повсякчас, але не в реальності. Зараз вже існують лазерні технології, голографічні відео та голограми з на диво великою глибиною різкого зображуваного простору. Розроблені також проєкції вільного плавання, як у фільмі «Зоряний шлях». Але вирішального компоненту досі бракувало – всі голограми не були тактильними.

Якщо у «голодеку» з корабля, описаного у науковій фантастиці, люди могли взаємодіяти з проєкціями, відчувати їх, то дотепер у розроблених голограмах такого виду взаємодії не було. Також поєднання з тривимірним звуком, що виходить з голограми, досі не втілювалося в життя.

Тепер Риуї Гіраяма (Ryuji Hirayama) з Університету Сассекса та його колеги усунули цей недолік. Вони розробили голограму, що продукує і 3D-звук, і тактильний фідбек. Основою їхнього «Multimodal Acoustic Trap Display» (MATD) став метод, що 2018 року уможливив проєкції, які вільно плавають. За нього крихітні частинки рухаються та освітлюються лазерним випромінюванням – і так виникає голограма.

Гіраяма та його команда все ж модифікували цю технологію. Замість контролювати крихітні частинки голограми лазерним випромінюванням, учені використали акустичну левітацію – такий собі притягувальний промінь з ультразвукових хвиль. При цьому тиск звуку акустичного поля утримував частинки в повітрі та рухав ними. Частинки змінювали своє розташування до 100 разів у секунду і при цьому їх освітлювали LED-лампи – так виникала тривимірна картинка.

Прототип цього голографічного приладу завбільшки з мікрохвильову піч і складається з 512 ультразвукових динаміків, розташованих навколо вільного простору. Зображення: Eimontas Jankauskis.

Прототип цього голографічного приладу завбільшки з мікрохвильову піч і складається з 512 ультразвукових динаміків, розташованих навколо вільного простору. В першому тесті науковці створили рухомі та кольорові голограми літер, сплетених перстнів, кубики Рубіка та глобус, що обертається.

Розширення зображень ще поки незграбне, але Гіраяма і його команда конструювала свій прототип з дешевих, доступних у вільному продажі елементів – тож прилад можна вдосконалювати, наголошують учені.

Вирішальна перевага: оскільки голограму творить звук, її можна використати з невізуальним ефектом – звуком і тактильними відчуттями. «Хоч ультразвук почути неможливо, але повітря переносить енергію. Наш прототип керує та зосереджує цю енергію, тобто може продукувати звук і подразнювати шкіру, в результаті чого у людини виникне відчуття, ніби вона чогось торкається», – пояснив колега Гіраями Дієго Мартінез Пласенція (Diego Martinez Plasencia).

Для створення тактильного фідбеку Гіраяма та його колеги використали концентрований ультразвук: інфрачервоний сенсор фіксував, коли, наприклад, палець наближався до голограми, і налаштовував динаміки так, щоб тиск звуку зосереджувався на кінчику пальця. За невидимого звукового тиску, що становить понад 150 децибел, у людини виникало відчуття поколювання – тож здавалося, що вона торкається голограми.

Для 3D-звуку науковці налаштували ультразвукові хвилі так, що в голограмі виникав ефект резонансу. Він виробляв звук, який можна було почути – в першому тесті це були ще прості тони. «Наша MATD-система робить революцію у концепті 3D-відтворення», – каже керівник проекту Срі Субраманьян (Sri Subramanian) з Університету Сассекса. Це дає змогу створювати не лише голограми, що рухаються та видимі для неозброєного ока. «Наш прилад використовує такий принцип, що може стимулювати й інші сенси. Це має перевагу над усіма досі розробленими техніками голографії і наближає нас до ультимативного 3D-дисплея», – вважає дослідник.

Науковці наголошують: техніку ще можна суттєво вдосконалити. Підвищити частоту і силу ультразвукових динаміків, оптимізувати контрольне забезпечення – так у майбутньому стануть можливими зображення з високою роздільною здатністю, сильніші звуки, виразніші відчуття дотику. «Наші технічні можливості ще не такі, якими володіли повстанці у "Зоряних війнах", але наш прототип вже дуже нагадує їхню технологію», – констатує Гіраяма.

Голограма глобуса, що крутиться. Зоюраження: Eimontas Jankauskis.