全息图很酷, 当然。但它们仍然只是悬浮在空中的二维投影,一旦你走到一边,魔法就会消失,揭示出这个东西实际上是多么平坦。
但现在杨百翰大学的研究人员已经证明他们可以创建移动图像的完全三维投影 - 并且他们利用空气中的光和粒子来实现这一点。
最终结果比以往任何时候都更接近微型莱娅公主投影在星球大战:新希望,这并非偶然。
“我们通俗地将此称为莱娅公主项目,”首席研究员丹尼尔·斯莫利说。
“我们团队的使命是将科幻小说中的 3D 显示器变成现实。我们已经创造了一种可以做到这一点的显示器。”
(斯莫利等人,《自然》)
但这不是全息图。您可以四处走动并从不同角度查看的三维图像类型 - 例如托尼·斯塔克的互动投影在钢铁侠,或3D绘图技术在普罗米修斯——称为体积图像。
我们当前的全息技术可能看起来是 3D 的,但这一切都发生在 2D 表面上,并且不能以相同的方式观看。
格拉斯哥大学光学物理学家迈尔斯·帕吉特(Miles Padgett)没有参与这项研究,“这是全息图永远无法做到的事情——给你一个全方位的视野,莱娅公主式的显示——因为它不是全息图。”告诉自然。
该团队使用了一种叫做光捕获,更常用作实验室环境中操纵纳米颗粒的灵敏镊子仪器。
这是一种高度聚焦的激光束,含有强电场梯度,可用于操纵微观粒子。
斯莫利的团队使用近乎不可见的激光捕获微小的纤维素颗粒(一种植物材料),不均匀地加热它以使其在空气中移动。与此同时,第二组红色、绿色和蓝色激光照亮了它。
如果粒子移动得足够快,你的眼睛就会将其视为一条线。通过这种方式,研究人员能够在空中创建 3D 灯光动画。他们将其称为光学陷阱显示器,它的工作原理是午餐盒大小的设备。
“这个显示器就像一台光 3D 打印机,”斯莫利说。 “你实际上是用这些小粒子在太空中打印一个物体。”
(斯莫利等人,《自然》)
到目前为止,该技术还处于早期阶段,只能用于创建非常小、简单的绘图,或者速度慢得多的较大绘图。
该团队用它画了一个棱镜、一只蝴蝶、大学的标志、像手镯一样缠绕在手臂上的戒指、地球的图像,以及一名穿着实验服、摆出莱娅公主样子的学生。
最后一张是最复杂的一张,在空中绘制需要 40 秒,并且必须使用长时间曝光来拍摄。
还有其他限制。例如,风可能会干扰激光对颗粒的附着力,这将使其不适合在户外使用。使用多个粒子的复杂图像也可能很困难,因为光陷阱的强度可能会变化,并且弱陷阱中的粒子可能会跳到更强的粒子。
然而,这个概念已经得到证实,团队正在努力改进它。
“所报道的原型使用商业硬件,并且相对于其他自由空间体积显示器成本较低,”他们在论文中写道。
“我们预计该设备可以使用并行性轻松扩展,并认为该平台是创建 3D 图像的可行方法,这些图像与用户共享相同的空间,就像物理对象一样。”
该研究已发表在期刊上自然。