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Un passo verso la videoconferenza olografica
I ricercatori hanno compiuto un passo importante verso un sistema di videoconferenza olografico che consentisse alle persone di comunicare tra loro quasi come se si trovassero nella stessa stanza. Hanno sviluppato un display 3-D a colori che si aggiorna ogni due secondi e lo hanno usato per inviare immagini dal vivo di un ricercatore in California ai collaboratori in Arizona. Nei prossimi anni, i ricercatori sperano di sviluppare un sistema che si aggiorni a velocità video standard e possa competere con altri display 3D.
Ologramma video: Questo display può aggiornare l'immagine ogni due secondi.
L'olografia rappresenta i migliori display 3D perché è il più vicino a come vediamo l'ambiente circostante, afferma Nasser Peygambarian , cattedra di fotonica e laser presso l'Università dell'Arizona. Un ologramma è un display che utilizza un effetto ottico chiamato diffrazione per produrre la luce che sarebbe venuta da un oggetto nell'immagine se l'oggetto fisico fosse di fronte allo spettatore. Le immagini olografiche sembrano proiettarsi nello spazio davanti al display. Camminando intorno a un'immagine olografica, è possibile vedere gli oggetti in essa contenuti da diverse angolazioni.
Gli ologrammi non richiedono occhiali per la visualizzazione e, a differenza di altri sistemi 3D senza occhiali, più persone possono usarli contemporaneamente senza dover stare in un luogo particolare. Ma lo sviluppo dei display olografici è rimasto indietro rispetto a quello di altri sistemi 3D a causa della difficoltà nel creare materiali olografici che possono essere rapidamente riscritti per rinfrescare l'immagine.
Il primo display olografico video è stato realizzato al Media Lab del MIT nel 1989. Il volume dell'ologramma era di soli 25 millimetri cubi, più piccolo di un ditale. Da allora, i ricercatori hanno cercato di sviluppare sistemi olografici pratici, ma hanno riscontrato limitazioni nel ridimensionare questi display fino a dimensioni maggiori. Una grande sfida è stata il tentativo di eliminare costosi componenti ottici senza sacrificare la frequenza di aggiornamento.
Alcune aziende vendono display 3D per applicazioni mediche e di design, ma molti di questi sistemi non producono veri ologrammi e tendono ad essere costosi, anche perché sono prodotti in piccole quantità. Alcuni hanno bisogno di laser, altri hanno bisogno di computer potenti per funzionare o di molti display impilati insieme, dice Jennifer Colegrove , direttore delle tecnologie di visualizzazione presso la società di ricerche di settore DisplaySearch. Nota che nel 2010, tali display volumetrici genereranno 5 milioni di dollari di entrate, una piccola fetta del mercato dei display 3D da 1 miliardo di dollari. Nonostante le loro spese, dice, questi display sono ancora primitivi e mancano di una combinazione di qualità dell'immagine, velocità e dimensioni del display.
In collaborazione con Nitto Denko Tecnico , il braccio di ricerca con sede in California di un'azienda giapponese, Peyghambarian, ha lavorato per migliorare la raffinatezza e la frequenza di aggiornamento dei display olografici. I nuovi display si aggiornano molto più velocemente rispetto ai sistemi precedenti e sono i primi ad essere combinati con un sistema di telecamere in tempo reale per mostrare le immagini dal vivo piuttosto che quelle registrate in anticipo. I nuovi display si basano su un sistema di materiali compositi sviluppato da Nitto Denko Technical. Nel 2008, i gruppi hanno prodotto un display olografico rosso da quattro pollici per quattro pollici che potrebbe essere riscritto ogni quattro minuti. Migliorando i materiali utilizzati per realizzare il display e il sistema ottico utilizzato per codificare le immagini, ora hanno dimostrato un display olografico a colori che si aggiorna ogni due secondi. Questo lavoro è descritto oggi nella rivista Natura .
La chiave della tecnologia è un composito polimerico sensibile alla luce stratificato su un substrato di 12 pollici per 12 pollici e inserito tra elettrodi trasparenti. Il composito è organizzato in regioni chiamate hogel che sono l'equivalente olografico dei pixel. Scrivere dati negli hogel è complesso e molti composti diversi nel composito giocano un ruolo. Quando un hogel è illuminato da uno schema di interferenza prodotto da due raggi laser verdi, un composto chiamato sensibilizzante assorbe la luce e le cariche positive e negative nel sensibilizzatore vengono separate. Un polimero nel composito che è molto più conduttivo alle cariche positive rispetto a quelle negative allontana le cariche positive.
Questa separazione di carica genera un campo elettrico che a sua volta modifica l'orientamento delle molecole di colorante rosso, verde e blu nel composito. Questo cambiamento di orientamento cambia il modo in cui queste molecole diffondono la luce. È questa dispersione che genera un effetto 3D. Quando l'hogel è illuminato con la luce di un LED, disperderà la luce per creare un punto visivo nell'ologramma.
La scrittura dei dati sul display olografico richiedeva diversi minuti. Parte del modo in cui i ricercatori di Nikko Denko hanno accelerato il processo è stato quello di ridurre la viscosità dei materiali coloranti in modo che possano cambiare posizione più rapidamente. Il movimento delle molecole di colorante all'interno del composito è analogo al movimento dei cristalli liquidi in un display convenzionale, afferma Joseph Perry , professore di chimica alla Georgia Tech. Un percorso per aumentare ulteriormente la velocità del display potrebbe essere quello di rendere questi materiali più simili a cristalli liquidi, che possono cambiare non solo a velocità video, ma più velocemente di quanto l'occhio umano sia in grado di rilevare.
Un altro aumento della velocità è venuto dall'utilizzo di un laser più veloce per scrivere i dati. Perché funzionasse, i ricercatori hanno anche dovuto accoppiare il laser con polimeri nel display in grado di rispondere a questi impulsi più veloci, separando le cariche per generare i campi elettrici con un minor tempo di ritardo. In un altro passo avanti rispetto al lavoro precedente, l'azienda ha sviluppato un set completo di molecole di colorante per rosso, verde e blu.
Per dimostrare la velocità relativa del sistema, il gruppo lo ha utilizzato come sistema di telepresenza simile alle comunicazioni olografiche utilizzate nei film di fantascienza come Guerre stellari —ma molto più mosso. Più telecamere hanno registrato le immagini di un dipendente di Nitto Denko; queste immagini sono state elaborate per creare i dati per scrivere ogni hogel e inviate al gruppo in Arizona, dove il display olografico ha mostrato una proiezione 3D del loro collaboratore californiano. Ora quello che possiamo mostrare è come un film lento, dice Peyghambarian. Per realizzare un sistema video olografico, dovranno aumentare la velocità di aggiornamento del display ad almeno 30 fotogrammi al secondo.
L'università e i gruppi di Nitto Denko stanno lavorando con Michael Bove al MIT sul miglioramento della fedeltà delle immagini. Quello che stanno riportando funziona magnificamente, senza molti calcoli, dice Bove. Nella speranza di rendere le immagini più chiare, Bove ha sviluppato un sistema per riprodurre video olografici molto rapidamente su un normale chip di computer grafica.