Лучше голограмм: новый метод создаёт парящие 3D-изображения в стиле "Звёздных войн"

У нас всё ещё нет летающих автомобилей (хотя разработки ведутся) или искусственного интеллекта, с которым можно непринуждённо разговаривать, но одна классическая научно-фантастическая технология, похоже, уже стоит на пороге: настоящие 3D-дисплеи, способные проецировать изображения прямо на воздух.

Физик из Университета Бригама Янга (США) Дэниэль Смолли (Daniel Smalley) долгое время мечтал о создании своеобразной 3D-голограммы, вдохновившись научно-фантастическими фильмами. Но наблюдая за тем, как вымышленный изобретатель Тони Старк протягивает руки через призрачную 3D-броню в фильме 2008 года "Железный человек", Смолли осознал, что никогда не сможет достичь того же самого, используя голографию – сегодняшний стандарт высокотехнологичного 3D-дисплея. Причина проста: рука Старка должна заблокировать источник света, создающий голограмму.

"Это просто вывело меня из себя", – говорит Смолли. И он сразу же попытался разобраться, как обойти это препятствие.

Исследовательская команда под его руководством воспользовалась так называемым методом объёмного дисплея (volumetric display) для создания движущихся 3D-изображений, которые люди смогли бы видеть с любого угла.

Некоторые физики говорят, что такая технология намного ближе прочих подошла к воссозданию 3D-проекции принцессы Леи, взывающей о помощи в фильме "Звёздные войны" 1977 года.

И теперь в статье, опубликованной в издании Nature, сообщается о прорыве учёных, разработавших проекционную систему, которая создаёт небольшие полноцветные изображения, парящие в воздухе. Устройство не требует никаких проекционных поверхностей или специальных стёкол, а изображение можно увидеть с любого угла.

По существу, результат работы технически относится к трёхмерному объёмному изображению в свободном пространстве. Это научный термин для своего рода "голограммы", которая была популяризована в "Звёздных войнах", "Аватаре" и "Железном человеке". С научной точки зрения голограммы представляют собой совершенно другой вид технологии, в которой 3D-изображение как бы выскакивает из плоского экрана – например, уже привычные блестящие логотипы на кредитной карточке.

По мнению Смолли, устранение путаницы вокруг голограммы и объёмных дисплеев – это первый шаг к пониманию новой технологии.

"Мотивация в данном случае заключается в том, что мы хотим создать проектор принцессы Леи, и в нашем понимании это голограмма. Но на самом-то деле истинная голограмма не способна создать такой образ", — говорит Смолли в интервью Seeker. Есть ряд ограничений.

"Я был разочарован, как и все остальные, когда понял это", — добавляет учёный.

Новый метод развивает технологию фотофоретического оптического захвата (photophoretic optical trapping). Устройство захватывает и приостанавливает в воздухе крошечные твёрдые частицы, используя особенные проекционные линзы. Они фактически создают "отверстие" холодного тёмного воздуха внутри круга тёплого освещённого воздуха. Когда частица приближается к границе тёплого воздуха, она отбрасывается обратно к центру. "Это своего рода притягивающий луч", — говорит Смолли.

Используя очень точные методы проекции и очень малые частицы (около 10 микронов), система может по сути контролировать движение каждой отдельной частицы.

Затем эти парящие частицы становятся "экраном" для второго набора лазерных проекторов. Направленные точно сфокусированными лазерными лучами частицы рассеивают свет во всех направлениях. Движение частиц достаточно быстрое, и специалисты могут рисовать в воздухе светящиеся линии.

Система может создавать различные оптические эффекты, цвета и изображения при помощи различных видов материала для частиц.

"Они могут быть почти чем угодно. Стеклянными бусинами, бриллиантами, целлюлозой, вольфрамом – самыми разнообразными материалами. То, что мы нашли наиболее эффективным, — это вещество под названием чёрный щёлок, который является побочным продуктом процесса производства бумаги. Это по сути и есть бумага – целлюлоза. Существует что-то в его плотности, форме, пористости, что заставляет его действительно хорошо работать", — говорит Смолли.

Оптический захват – не новая технология, добавляет учёный. Она существует уже давно и применяется в разных областях. "Оно подходит для изоляции частиц и перемещения чего-то опасного из одного места в другое. Мы пытаемся найти новое применение", — говорит Смолли.

 

На данный момент авторы признают, что технология ещё очень ограничена. Проецируемые 3D-изображения очень малы (меньше ногтя мизинца человека). Но система способна создавать и более крупные изображения "бумажных кукол", которые кажутся двумерными, хотя технически имеют толщину в несколько десятков микрон.

Главная задача на сегодня, по словам автором работы, – увеличить размер и разрешение проецируемого изображения.

"Это технологический триумф. Я хотел бы, чтобы он был моим", – говорит физик, занимающейся оптикой, Майлс Паджетт (Miles Padgett) из Университета Глазго.

Смолли надеется усовершенствовать систему в ближайшие три-четыре года. Но на данный момент Смолли будет доволен, если он заставит людей перестать называть его изображения голограммами.

"Я надеюсь, что это можно будет изменить. Потому что в конечном итоге мы тратим первые 15 минут каждого разговора, пытаясь отличить эти термины", – заключает он.