Britische und japanische Ingenieure haben eine volumetrische Anzeige basierend auf akustischer Levitation erstellt. Eine kleine Kugel ist für die Anzeige des darin enthaltenen Bildes verantwortlich, das von Ultraschallsendern entlang des Arbeitsbereichs bewegt und von einem Hochgeschwindigkeitsprojektor beleuchtet wird. Darüber hinaus kann das Gerät Töne wiedergeben und eine taktile Reaktion erzeugen, wenn der Benutzer seinen Finger auf das Display legt, sagen die Autoren des Artikels in Nature.
Da in Science Fiction häufig volumetrische Displays verwendet werden, die in der Luft schweben, arbeiten Ingenieure seit langem daran, solche Technologien im wirklichen Leben zu entwickeln. Volumetrische Bildschirme funktionieren in der Regel aufgrund optischer Effekte. Zu diesen Entwicklungen gehören beispielsweise der kanadische Lichtfeldbildschirm für Telefonkonferenzen und der amerikanische 3D-Desktop-Bildschirm, der dank eines linsenförmigen Rasters funktioniert.
Solche Technologien erzeugen jedoch den Effekt der Lautstärke innerhalb des Bildschirms, erwecken jedoch nicht den Eindruck, dass das Bild in der Luft schwebt. Für diesen Effekt schlugen Ingenieure vor einigen Jahren die Verwendung von akustischer Levitation vor. Dies funktioniert, weil eine Reihe von Ultraschallwandlern stehende Wellen und stabile Bereiche mit niedrigem und hohem Druck erzeugt, mit denen kleine Objekte wie Polystyrolkugeln fixiert werden können. Britische Ingenieure haben diesen Effekt bereits genutzt, indem sie eine Reihe von Kugeln in der Luft fixiert haben, die sich in der gewünschten Farbe zum Betrachter hin drehen können, oder ein kleines durchscheinendes Stück Stoff aufgehängt haben, auf das das Bild projiziert wird.
In der neuen Arbeit haben Ingenieure unter der Leitung von Sriram Subramanian von der University of Sussex einen Bildschirm erstellt, auf dem ein einzelnes kugelförmiges Teilchen in Echtzeit ein dreidimensionales Farbbild erstellen kann. Das Gerät basiert auf zwei Anordnungen von Ultraschallstrahlern (16 x 16), die sich gegenüberliegen: unterhalb und oberhalb des Arbeitsbereichs. Ein LED-Projektor ist ebenfalls auf der Oberseite des Emitter-Arrays angebracht.
Das Funktionsprinzip des Displays basiert auf der Tatsache, dass das Gerät den Bereich mit vermindertem Druck, in dem die Polystyrolkugel schwebt, schnell bewegt und mit einer Farbe beleuchtet, die sich je nach Position der Kugel im Raum ändert. In der Demo können Sie sehen, dass Sie auf dem Display den Torusknoten und den Schmetterling in Echtzeit sehen können. Weitere beeindruckende Beispiele sind im Video zu sehen, beispielsweise ein schwebendes Modell der Erde. Diese Bilder wurden jedoch mit einer viel längeren Verschlusszeit aufgenommen, und die Person kann sie nicht mit bloßem Auge sehen.
Experimente haben gezeigt, dass das Display den Ball auf einer geraden Linie um bis zu 3,75 Meter pro Sekunde und beim Zeichnen von Kanten- und Eckendetails im Bild auf bis zu 0,75 Meter pro Sekunde beschleunigen kann.
Zusätzlich zur Anzeige von 3D-Bildern kann das Display auch Ton erzeugen, der für eine Person hörbar ist, und eine taktile Reaktion erzeugen. Zu diesem Zweck werden die Schallparameter an den Emittern so eingestellt, dass zusätzlich zu der Hauptfalle, die zum Schweben des Balls verwendet wird, ein weiterer Bereich mit einem veränderten Druck an der Seite gebildet wird. Durch Einlegen eines Fingers kann der Benutzer die Reaktion des Bildschirms spüren.
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Die Autoren stellen fest, dass die Eigenschaften des mit bloßem Auge sichtbaren Bildes, einschließlich der Größe, durch Verwendung eines genaueren Partikelbewegungsmodells sowie eines helleren Projektors verbessert werden können. Darüber hinaus ermöglicht ein genaueres Modell, der Sekundärfalle einen größeren Teil des Arbeitszyklus des Emitters zuzuweisen und dadurch die taktile Reaktion zu verbessern.
Es gibt eine andere Technologie zur Erzeugung eines volumetrischen Bildes in der Luft, die von japanischen Ingenieuren entwickelt wurde. Sie schlagen vor, dafür Laserstrahler zu verwenden, die leuchtende Plasmamikrotröpfchen in der Luft erzeugen. Durch Verschieben des leuchtenden Bereichs kann der Prototyp kleine volumetrische Figuren direkt in der Luft erzeugen und Sie können sie mit Ihrem Finger berühren.
Grigory Kopiev
