Исследователи демонстрируют левитирующий объемный дисплей с использованием ультразвуковых волн. Голограмма обеспечивает визуальный, звуковой и тактильный 3D-контент. Он использует массивы ультразвуковых преобразователей, которые производят звуковые волны, чтобы плавать и контролировать крошечный шарик полистирола.

Существующие голографические дисплеи могут создавать трехмерный визуальный контент без очков, но они имеют ограниченное время отклика и возможности постоянного обзора.

Теперь исследователи из Университета Сассекса и Токийского Университета Наук разработали анимированные трехмерные голограммы, которые обеспечивают не только визуальный, но также слышимый и тактильный 3D-контент.

Более конкретно, они продемонстрировали левитирующий объемный дисплей с использованием ультразвуковых волн. Он называется мультимодальным акустическим дисплеем (MATD). Система захватывает частицу акустически и освещает ее RGB-светом, чтобы контролировать ее цвет.

Установка

Установка состоит из двух массивов ультразвуковых преобразователей, которые создают звуковые волны, чтобы плавать и управлять крошечным полистирольным шариком шириной два миллиметра.

Чтобы обеспечить одновременный аудитивный и тактильный контент, MATD использует временное мультиплексирование с вторичной ловушкой, амплитудной модуляцией и минимизацией фазы.

Шарик движется со скоростью до 3,75 м/с и 8,75 м/с в горизонтальном и вертикальном направлениях, соответственно, предлагая превосходные возможности манипуляции частицами, чем существующие оптические или акустические голографические методы.

Когда светодиоды светятся красным, зеленым и синим светом на бусине, он отслеживает форму объекта в трех измерениях. Когда шарик движется, быстро меняющийся светодиод освещает дисплей светом для получения цветов.

Поскольку шарик движется со скоростью, превышающей скорость отслеживания человеческого глаза, зрители видят законченную трехмерную форму. В этом нет никакой оптической иллюзии (которая обманывает мозг, чтобы увидеть, как преобразовать 2D-объект в 3D-объект).

А поскольку голографическое изображение действительно существует в трехмерном пространстве, его можно просматривать со всех сторон без ухудшения качества. Что еще более важно, техника не вызывает усталости глаз.

В дополнение к созданию визуального эффекта, преобразователи также заставляют шарик вибрировать на частотах, которые производят звуковые волны. Эти вибрации могут быть настроены для создания звуковых волн во всем диапазоне слуха. Это означает, что движущаяся бусинка может создать изображение говорящего лица, которое также может выступать в роли небольшого динамика, поэтому лицо тоже говорит.

Также возможно сделать дисплей тактильным, создав ультразвуковые звуковые волны. Например, хлопающие крылья бабочки можно почувствовать, если зрители поднесут руки достаточно близко к голографическому изображению.

Прототип, разработанный в этом исследовании, может создавать изображения внутри куба воздуха шириной 10 сантиметров. Таким образом, это приближает нас к объемным дисплеям, предлагая полное сенсорное воспроизведение виртуального контента.

Что дальше?

В ближайшем будущем более мощные преобразователи могут быть сделаны для создания более крупных анимаций и использования нескольких шариков, хотя это будет сложно организовать освещение нескольких шариков одновременно.

Технология обеспечивает позиционирование и амплитудную модуляцию акустических ловушек с частотой звукового поля (40 кГц) и открывает новые двери для мультимодальных 3D дисплеев. Он также предлагает возможности для высокоскоростного, бесконтактного манипулирования веществом с приложениями в биомедицине и вычислительном производстве.