Brittiska och japanska ingenjörer har skapat en volumetrisk display baserad på akustisk levitation. En liten boll ansvarar för att visa bilden i den, som förflyttas längs arbetsområdet av ultraljudsgivare och upplyst av en höghastighetsprojektor. Dessutom kan enheten spela ljud, samt skapa ett taktilt svar när användaren tar med fingret på skärmen, säger författarna till artikeln i Nature.
Eftersom science fiction ofta använder volumetriska skärmar som flyter i luften har ingenjörer länge arbetat med att skapa sådan teknik i verkligheten. Som regel fungerar volymetriska skärmar på grund av optiska effekter. Till exempel är bland annat den kanadensiska ljusfältskärmen för telefonkonferenser och den amerikanska 3D-skärmen, som fungerar tack vare en linsformig raster.
Sådana teknologier skapar dock effekten av volym inuti skärmen, men ger inte intrycket att bilden flyter i luften. För denna effekt föreslog ingenjörer för flera år sedan att använda akustisk levitation. Det fungerar eftersom en rad ultraljudsgivare skapar stående vågor och stabila områden med lågt och högt tryck, som kan fixa små föremål, t.ex. polystyrenbollar. Brittiska ingenjörer har redan använt denna effekt, fixat i luften en mängd bollar som kan vända den önskade färgen mot observatören eller hänga en liten genomskinlig bit tyg på vilken bilden projiceras.
I det nya arbetet har ingenjörer ledda av Sriram Subramanian från University of Sussex skapat en skärm där en enda sfärisk partikel kan skapa en tredimensionell färgbild i realtid. Enheten är baserad på två matriser av ultraljudsemitterare (16 med 16), belägna mittemot varandra: under och ovanför arbetsområdet. En LED-projektor är också monterad på översidan av emittergruppen.
Funktionsprincipen för displayen är baserad på det faktum att enheten snabbt rör sig området med reducerat tryck, där polystyrenkulan lyfter, och lyser upp den med en färg som ändras beroende på kulans position i rymden. I demonstrationen kan du se att skärmen låter dig se torusknuten och fjärilen som flaxar i realtid. Mer imponerande exempel kan också ses i videon, till exempel en levitating model of the Earth, men dessa ramar togs med en mycket långsammare slutartid och personen kan inte se dem med blotta ögat.
Experiment har visat att skärmen kan påskynda bollen upp till 3,75 meter per sekund på en rak linje och upp till 0,75 meter per sekund när den drar kant- och hörndetaljer i bilden.
Förutom att visa 3D-bilder, kan skärmen också producera ljud som är hörbart för en person och producera ett taktilt svar. För detta justeras ljudparametrarna på emittrarna på ett sådant sätt att förutom huvudfällan som används för att lyfta bollen, bildar ett annat område med ett förändrat tryck på sidan av den. Genom att placera ett finger i det kan användaren känna svaret på skärmen.
Kampanjvideo:
Författarna noterar att egenskaperna hos den bild som är synlig för det blotta ögat, inklusive storlek, kan förbättras genom att använda en mer exakt partikelrörelsemodell samt en ljusare projektor. Dessutom kommer en mer exakt modell att möjliggöra att tilldela en större bråkdel av emitterens arbetscykel till den sekundära fällan och därigenom förbättra det taktila svaret.
Det finns en annan teknik för att skapa en volumetrisk bild i luften, utvecklad av japanska ingenjörer. De föreslår att man använder laserutsändare för detta, vilket skapar glödande plasmamikroppar i luften. Genom att flytta glödområdet kan prototypenheten skapa små volymetriska figurer direkt i luften, och du kan röra dem med fingret.
Grigory Kopiev
