Gli scienziati hanno creato nuove superfici nanostrutturate 2D che appaiono come oggetti 3D realistici, comprese ombre e ombre, utilizzando una nanoingegneria all'avanguardia.

La ricerca è stata condotta dal King's College London insieme alla Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, ed è pubblicato sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .

Quando la luce colpisce un oggetto, il colore, struttura, e la forma influenzano il modo in cui la luce viene assorbita e riflessa, permettendoti di distinguere l'oggetto davanti a te. Alterando la superficie per cambiare il modo in cui la luce viene riflessa, è possibile manipolare come appare.

I ricercatori hanno sviluppato materiali stratificati, incorporando nano-caratteristiche progettate con precisione più piccole della lunghezza d'onda della luce, chiamate metasuperfici. Ciò ha permesso loro di controllare come la luce viene riflessa in modi estremamente precisi, in modo che una superficie 2-D rifletta la luce proprio come farebbe un oggetto 3-D.

Prendendo in prestito una tecnica dalla computer grafica 3D chiamata Normal Mapping, i ricercatori hanno codificato gli effetti delle ombre nell'immagine, creare immagini 3D più realistiche degli ologrammi o del cinema 3D. Come prova del concetto, i ricercatori hanno fabbricato una metasuperficie piatta che imita gli effetti di illuminazione e ombreggiatura di un cubo 3-D.

Cambiare il modo in cui vediamo la luce

La tecnica potrebbe avere enormi implicazioni per le industrie ottiche, anche negli schermi televisivi e nella fotografia, così come nelle etichette di sicurezza per proteggere le merci e le banconote dalla contraffazione.

Il professor Anatoly Zayats del King's College afferma:"Le metasuperfici sono sorprendenti. Offrono una libertà senza precedenti nel dirigere e manipolare la luce. Si potrebbe in definitiva immaginare uno schermo TV che appare esattamente lo stesso mentre ci si sposta intorno, o un nuovo movimento di arte 3-D."

La capacità di controllare la luce potrebbe portare nuove funzionalità agli obiettivi delle fotocamere di piccole dimensioni. Una superficie piana può essere resa otticamente convessa progettando appropriate proprietà della metasuperficie. Le future generazioni di fotocamere per smartphone potrebbero utilizzare le minuscole metasuperfici piatte che imitano le proprietà dei sofisticati obiettivi curvi delle fotocamere, consentendo un controllo molto maggiore dell'angolo e della profondità di campo.

Le metasuperfici potrebbero anche sostituire lenti ottiche pesanti in applicazioni come satelliti, dove peso e dimensioni hanno un grande impatto sull'efficienza.

Più immediatamente, i nuovi nanomateriali possono già essere utilizzati per creare immagini 3D complesse uniche per applicazioni di sicurezza e anticontraffazione, così come per nuove applicazioni di misurazione che richiedono un controllo preciso della luce.

Molto più di un ologramma

A differenza degli ologrammi, che richiedono una sorgente luminosa coerente come un laser per essere visualizzati, queste superfici manipolano il riflesso della luce normale in modo da apparire come un oggetto 3D realistico in qualsiasi condizione di luce e da qualsiasi angolazione.

Gli approcci olografici esistenti si basano sulla "riessione speculare", cioè la luce proveniente da una particolare direzione si riflette in un'unica direzione in uscita, come con uno specchio. Per ottenere effetti di ombreggiatura dinamica della luce, un progetto di metasuperficie implica la 'riflessione diffusa', che consente il controllo delle sue proprietà di dispersione in modo che l'immagine possa essere vista direttamente su di essa.

Per la dimostrazione del concetto, i ricercatori hanno progettato un cubo utilizzando la normale tecnica di mappatura, che è stato codificato nella metasuperficie. Quando è illuminato, la metasuperficie "calcola" istantaneamente come dovrebbe apparire una rappresentazione 3D dell'immagine e la visualizza.

Il dottor Aleksandr Minovich, La Royal Society Newton International Fellow al King's College di Londra, ha dichiarato:"La mappatura normale dimostrata con la nostra metasuperficie è un concetto completamente nuovo, ma potrebbe avere implicazioni molto importanti per una vasta gamma di industrie ottiche, sia nell'introdurre nuove funzionalità sia nel rendere i prodotti più piccoli e leggeri."