I ricercatori hanno sviluppato un tipo completamente nuovo di display che crea immagini 3D utilizzando un laser per formare minuscole bolle all'interno di uno "schermo" liquido. Invece di eseguire il rendering di una scena 3D su una superficie piana, il display stesso è tridimensionale, una proprietà nota come volumetrica. Ciò consente agli spettatori di vedere un'immagine 3D nel display a colonne da tutte le angolazioni senza occhiali o cuffie 3D.

Nella rivista The Optical Society per la ricerca ad alto impatto, ottica , ricercatori guidati da Yoshio Hayasaki dell'Università di Utsunomiya, Giappone, hanno dimostrato la capacità del loro display a bolle volumetriche di creare grafica a colori mutevoli.

"La creazione di un display volumetrico aggiornabile a colori è impegnativo perché molti pixel tridimensionali, o voxel, con colori diversi devono essere formati per realizzare grafiche volumetriche, " disse Kota Kumagai, primo autore del saggio. "Nella nostra esposizione, i voxel delle microbolle sono generati tridimensionalmente in un liquido utilizzando impulsi laser a femtosecondi focalizzati. La grafica delle bolle può essere colorata cambiando il colore della luce di illuminazione."

Sebbene il nuovo lavoro sia un proof of concept, la tecnologia potrebbe un giorno consentire display volumetrici aggiornabili a colori. Questi tipi di display potrebbero essere utilizzati per mostre d'arte o museali, dove gli spettatori possono camminare lungo tutto il display. Vengono anche esplorati per aiutare i medici a visualizzare l'anatomia di un paziente prima dell'intervento chirurgico o per consentire ai militari di studiare il terreno e gli edifici prima di una missione.

"Il display a bolle volumetriche è più adatto per strutture pubbliche come un museo o un acquario perché, attualmente, la configurazione del sistema è grande e costosa, " disse Kumagai. "Tuttavia, nel futuro, speriamo di migliorare le dimensioni e il costo della sorgente laser e dei dispositivi ottici per creare un sistema più piccolo che possa essere conveniente per l'uso personale".

Usare i laser per fare le bolle

Le bolle per il nuovo display sono create da un fenomeno noto come assorbimento multifotonico, che si verifica quando più fotoni di un laser a femtosecondi vengono assorbiti nel punto in cui la luce è focalizzata. L'assorbimento multifotonico ha permesso ai ricercatori di creare microbolle in punti molto precisi spostando il fuoco della luce laser su varie parti di una cuvetta piena di liquido che fungeva da "schermo". Utilizzando un'alta viscosità, o spessa, il liquido previene le bolle, una volta formato, dall'innalzarsi immediatamente verso l'alto del liquido.

Le grafiche a bolle sono visibili quando diffondono la luce da una fonte di luce esterna come una lampada alogena o un LED ad alta potenza. I ricercatori hanno prodotto immagini monocromatiche in bianco, rosso, blu e verde cambiando il colore del LED illuminante. Dicono che illuminare la grafica con un proiettore potrebbe creare colori diversi in diverse regioni dell'immagine.

Invece di creare ogni bolla una per una, i ricercatori hanno utilizzato un ologramma generato al computer per formare modelli 3D di luce laser che consentono loro di controllare il numero e le forme dei voxel delle microbolle. Questo approccio ha anche aumentato la quantità di luce diffusa dalle microbolle, rendendo le immagini più luminose.

Nella carta, i ricercatori dimostrano la loro tecnica creando una sequenza di immagini a bolle 2D di una sirena, un coniglietto 3D reso, e grafica delfino 2D in quattro colori diversi. Hanno anche dimostrato che la formazione di microbolle dipende dall'energia di irradiazione del laser e che il contrasto può essere modificato modificando il numero di impulsi laser utilizzati per irradiare il liquido.

"La nostra grafica a bolle ha un ampio angolo di visione e può essere rinfrescata e colorata, " ha detto Kumagai. "Anche se i nostri primi grafici volumetrici sono sulla scala dei millimetri, abbiamo compiuto il primo passo verso un display volumetrico a colori aggiornabile."

I ricercatori stanno ora sviluppando un sistema che utilizzerebbe un flusso all'interno del liquido per far scoppiare le bolle, consentendo di modificare o cancellare l'immagine. Stanno anche lavorando su metodi che potrebbero consentire la formazione di grafici più grandi, che richiede il superamento delle aberrazioni sferiche causate dalla mancata corrispondenza dell'indice di rifrazione tra lo schermo liquido, il bicchiere che contiene il liquido, e aria.