«Голодек» на космическом корабле из сериала «Звездный путь» или проекция принцессы Леи в первой части «Звездных войн»: в научной фантастике голограммы появляются постоянно, но не в реальности. Сейчас уже существуют лазерные технологии, голографические видео и голограммы с удивительно большой глубиной изображаемого пространства. Разработаны также проекции свободного плавания, как в фильме «Звездный путь». Но решающего компонента до сих пор не хватало – все голограммы не были тактильными.
Если в «голодеке» с корабля, описанного в научной фантастике, люди могли взаимодействовать с проекциями, чувствовать их, то до сих пор в разработанных голограммах такого вида взаимодействия не было. Также сочетание с трехмерным звуком, исходящим из голограммы, до сих пор не было воплощено в жизнь.
Теперь Риуи Гираяма (Ryuji Hirayama) из Университета Сассекса и его коллеги устранили этот недостаток. Они разработали голограмму, которая производит и 3D-звук, и тактильный фидбек. Основой их «Multimodal Acoustic Trap Display» (MATD) стал метод, созданный в 2018 году. Здесь крошечные частицы движутся и освещаются лазерным излучением – и так возникает голограмма.
Гираяма и его команда все же модифицировали эту технологию. Вместо контролирования крошечных частиц голограммы лазерным излучением, ученые использовали акустическую левитацию – такой себе притягивающий луч ультразвуковых волн. При этом давление звука акустического поля удерживает частицы в воздухе и двигает их. Частицы изменяют свое расположение до 100 раз в секунду и при этом их освещают LED-лампы – так возникает трехмерная картинка.
Прототип этого голографического прибора размером с микроволновую печь состоит из 512 ультразвуковых динамиков, расположенных вокруг свободного пространства. В первом тесте ученые создали движущиеся и цветные голограммы букв, сплетенных колец, кубика Рубика и глобус, который вращается.
Качество изображений еще пока неуклюжее, но Гираяма и его команда сконструировала свой прототип из дешевых, доступных в свободной продаже элементов – поэтому прибор можно совершенствовать, отмечают ученые.
Решающее преимущество: поскольку голограмму творит звук, ее можно использовать с невизуальным эффектом – звуком и тактильными ощущениями. «Хоть ультразвук услышать невозможно, но воздух переносит энергию. Наш прототип управляет и фокусирует эту энергию, то есть может производить звук и раздражать кожу, в результате чего у человека возникнет ощущение, будто он чего-то касается», – пояснил коллега Гираями Диего Мартинез Пласенция (Diego Martinez Plasencia).
Для создания тактильного фидбека, Гираяма и его коллеги использовали концентрированный ультразвук: инфракрасный сенсор фиксировал, когда, например, палец приближался к голограмме, и настраивал динамики так, чтобы давление звука сосредоточивалось на кончике пальца. Создается невидимое звуковое давление, которое составляет более 150 децибел, у человека возникает ощущение покалывания – так что кажется, что она касается голограммы.
Для 3D-звука ученые настроили ультразвуковые волны так, что в голограмме возникает эффект резонанса. Он производит звук, который можно услышать. «Наша MATD-система создает революцию в концепте 3D-воспроизведения», – говорит руководитель проекта Сри Субраманьян (Sri Subramanian) из Университета Сассекса. Эта технология имеет преимущество над всеми до сих пор разработанными техниками голографии и приближает нас к ультимативному 3D-дисплею», – считает исследователь.
Ученые подчеркивают: технику еще можно существенно усовершенствовать. Повысить частоту и силу ультразвуковых динамиков, оптимизировать контрольное обеспечение – так в будущем станут возможными изображения с высоким разрешением, более мощные звуки, явственнее будут ощущаются прикосновения. «Наши технические возможности еще не такие, какие были у повстанцев в “Звездных войнах”, но наш прототип уж очень напоминает их технологию», – констатирует Гираяма.