Британские и японские инженеры создали объемный дисплей, работающий на основе акустической левитации.
За вывод изображения в нем отвечает небольшой шарик, перемещаемый по рабочей зоне ультразвуковыми излучателями, и подсвечиваемый высокоскоростным проектором. Кроме того, устройство может воспроизводить звуки, а также создавать тактильный отклик, когда пользователь подносит палец к дисплею, рассказывают авторы статьи в Nature.
Поскольку в научной фантастике зачастую используются объемные дисплеи, изображение в которых парит в воздухе, инженеры давно работают над созданием подобных технологий в реальной жизни. Как правило, объемные экраны работают благодаря оптическим эффектам. К примеру, среди таких разработок можно выделить канадский экрансветового поля для телеконференций и американский настольный 3D-экран, работающий благодаря лентикулярному растру.
Однако такие технологии создают эффект объема внутри экрана, но не дают ощущение, что изображение парит в воздухе. Для такого эффекта инженеры несколько лет назад предложили использовать акустическую левитацию. Она работает благодаря тому, что массив ультразвуковых излучателей создает стоячие волны и стабильные области с пониженным и повышенным давлением, способные фиксировать небольшие предметы, к примеру, полистирольные шарики. Британские инженеры уже использовали этот эффект, фиксируя в воздухе массив из шариков, способных поворачиваться нужным цветом к наблюдателю, или подвешивая небольшой полупрозрачный кусочек ткани, на который проецируется изображение.
Схема работы устройства
В новой работе инженеры под руководством Срирама Субраманьяна (Sriram Subramanian) из Сассекского университета создали экран, в котором одна сферическая частица способна создавать в реальном времени объемное цветное изображение. В основе устройства лежат два массива ультразвуковых излучателей (16 на 16), расположенных друг напротив друга: внизу и вверху над рабочей зоной. В верхней части сбоку от массива излучателей также установлен светодиодный проектор.
Принцип работы дисплея основан на том, что устройство быстро перемещает область пониженного давления, в которой левитирует полистирольный шарик, и подсвечивает его цветом, меняющимся в зависимости от положения шарика в пространстве. На демонстрационном ролике можно видеть, что дисплей позволяет отображать видимые в реальном времени торический узел и взмахивающую крыльями бабочку. На ролике также можно видеть более впечатляющие примеры, такие как левитирующую модель Земли, однако эти кадры были сняты на гораздо большей выдержке и человек неспособен увидеть их невооруженным взглядом.
Эксперименты показали, что дисплей может разгонять шарик до скорости 3,75 метра в секунду на прямой и до 0,75 метра в секунду, когда он отрисовывает крайние и угловые детали на изображении.
Кроме отображения объемных изображений дисплей также способен создавать слышимый для человека звук и производить тактильный отклик. Для этого параметры звука на излучателях корректируются таким образом, чтобы помимо основной ловушки, используемой для левитации шарика, формировать сбоку от нее еще одну область с измененным давлением. Помещая в нее палец, пользователь может почувствовать отклик экрана.
Авторы отмечают, что характеристики видимого невооруженным взглядом изображения, в том числе размер, можно улучшить, используя более точную модель движения частицы, а также более яркий проектор. Кроме того, более точная модель позволит выделить большую долю рабочего цикла излучателей на вторичную ловушку, и тем самым усилить тактильный отклик.
