Учёные создали голограмму, которую можно не только увидеть, но и потрогать
Учёные из Сассекского университета в Великобритании создали голограмму, которую человек может потрогать как настоящее физическое тело. Такие голограммы представляют из себя новейший тип трёхмерных дисплеев — ультразвуковые датчики для генерации звуковых волн.
Для того, чтобы разобраться в принципе работы голограммы, которую можно потрогать, необходимо понять, что такое голограмма. Это изображение, полученное с помощью взаимодействия электромагнитных волн света. Сейчас голограммой называют абсолютно любое явление, хоть немного напоминающее трёхмерное изображение. Сегодня реальные голограммы достаточно трудно встретить в реальности — они по сей день остаются каким-то невероятно фантастическим явлением, которое должно стать нормой в будущем. Те вещи, которые мы видим, например, в новостях — всего лишь реализация достаточно простого метода «призрак Пеппера»: его суть заключается в том, чтобы установить между зрителем и сценой полупрозрачный экран, на который проецируется другое, призрачное изображение.
На чём основывается принцип работы новой голограммы?
По факту назвать это голограммой сложно: принцип работы нового типа трёхмерного дисплея основывается на акустической левитации — парении физического тела в звуковых волнах. Впервые теорию данного явления разработал в начале 1960-х годов советский физик-теоретик Лев Горьков.
Расчёты, расписанные физиком, достаточно сложные, однако понять принцип такой левитации не так уж и трудно. Как отмечает «Медуза», для этого, например, необходимо вспомнить, как движутся волны, если в воду летят два камня на каком-то расстоянии друг от друга. Идущие с двух точек колебания волн в таком случае будут накладываться друг на друга, образуя на поверхности воды пики и впадины.
Колебания можно создать в замкнутом пространстве, их источником для этого нужно сделать стенки сосуда, в котором будет находиться жидкость. В таком случае тоже можно будет зафиксировать пики и впадины — на поверхности жидкости таким образом сформируется настоящий интерференционный ландшафт. В случае с акустической левитацией всё будет работать примерно так же, однако картинка будет трёхмерной: пики будут соответствовать областям с высоким давлением, а впадины — с низким.
Небольшое лёгкое тело так же, как и на поверхности воды под действием волн, может двигаться в воздухе под воздействием звуковых волн. Чтобы тело могло зафиксироваться, левитация позволяет создать крупные и статичные карманы низкого давления. Высокое давление в окружающих такой карман областях воздуха не даст такому телу упасть или улететь. Именно акустическая установка позволяет заставить зависнуть в воздухе лёгкий шарик или небольшую каплю.
И как же этот принцип реализован в случае с этой уникальной голограммой?
В основу нового типа трёхмерных дисплеев входит физический пиксель — обычный полимерный шарик, который зависает в акустическом поле, создающееся двумя акустическими решётками. Эти решётки представляют из себя набор маленьких ультразвуковых динамиков, которые располагаются двумя блоками сверху и снизу от той области, где должно появиться изображение.
В зависимости от того, как меняется звук, который воспроизводится с помощью таких динамиков, физикам удаётся менять и положение самого пикселя. Его перемещение с одного места на другое происходит очень быстро — до 8 метров в секунду. На практике такое явление выглядит смазанно, однако за счёт перемещения пикселя получается картинка. Сейчас скорость перемещения полимерного шарика является рекордной. Например, если этот пиксель будет двигаться по кругу, то человеческий глаз увидит свисающее кольцо.
Для того, чтобы картинка в результате получалась цветной, а линии, которые возникают в ходе движения шарика, были прерывистыми, физики придумали интересный план. Он заключается в установке маленького проектора, который встроен в один из углов трёхмерного дисплея. Он освещает пиксель цветными вспышками — это позволяет физикам получить настоящее полноцветное изображение.
По факту такую голограмму, а если точнее — полимерный шарик, можно потрогать. Но её можно ещё и услышать. Для этого на ультразвуковые волны, исходящие из динамиков, можно наложить специально обработанную аудиозапись. В результате шарик будет издавать необходимые звуки.
Какие минусы сейчас имеет такая голограмма?
К сожалению, пока что такой дисплей может выдавать лишь 10 кадров в секунду, при этом изображения пока достаточно простые: например, куб или пирамида. Для генерирования более детальной картинки необходимо потратить больше времени — около 20 секунд. Физикам пока удалось таким образом показать лишь изображение Земли.
Стоит отметить, что объём изображения достаточно маленький. Его пока не хватает для того, чтобы воспроизвести, например сцену с акулой из фильма «Назад в будущее». В будущем физики надеются улучшать данную технологию, чтобы человек при взаимодействии с такой голограммой мог почувствовать, например, трепетание крылышек бабочки в момент, когда она выводится в качестве трёхмерного изображения.
