211service.com
Et skridt mod holografiske videokonferencer
Forskere har taget et stort skridt i retning af et holografisk videokonferencesystem, der ville lade folk kommunikere med hinanden, næsten som om de var i samme rum. De har udviklet en fuldfarve, 3-D-skærm, der opdateres hvert andet sekund, og de har brugt den til at sende levende billeder af en forsker i Californien til samarbejdspartnere i Arizona. I de kommende år håber forskerne at udvikle et system, der opdateres ved standard videohastigheder og kan konkurrere med andre 3D-skærme.
Video hologram: Denne skærm kan opdatere billedet hvert andet sekund.
Holografi giver de bedste 3D-skærme, fordi det er tættest på, hvordan vi ser vores omgivelser, siger Nasser Peygambarian , formand for fotonik og lasere ved University of Arizona. Et hologram er en skærm, der bruger en optisk effekt kaldet diffraktion til at producere det lys, der ville være kommet fra et objekt på billedet, hvis det fysiske objekt var foran beskueren. Holografiske billeder ser ud til at projicere ud i rummet foran skærmen. Ved at gå rundt i et holografisk billede er det muligt at se objekter i det fra forskellige vinkler.
Hologrammer kræver ikke briller for at se, og i modsætning til andre brillefri 3D-systemer kan flere personer bruge dem samtidigt uden at skulle stå et bestemt sted. Men udviklingen af holografiske skærme er haltet bagud i forhold til andre 3-D-systemer på grund af vanskeligheden ved at skabe holografiske materialer, der hurtigt kan omskrives for at genopfriske billedet.
Den første video holografiske visning blev lavet på MITs Media Lab i 1989. Volumenet af hologrammet var kun 25 kubikmillimeter, mindre end et fingerbøl. Siden da har forskere forsøgt at udvikle praktiske holografiske systemer, men er stødt på begrænsninger i at skalere disse skærme op til større størrelser. En stor udfordring har været forsøget på at eliminere dyre optiske komponenter uden at ofre opdateringshastigheden.
Nogle få virksomheder sælger 3D-skærme til medicinske og designmæssige applikationer, men mange af disse systemer producerer ikke ægte hologrammer, og de har tendens til at være dyre, ikke mindst fordi de produceres i små mængder. Nogle har brug for lasere, nogle har brug for kraftfulde computere til at fungere, eller mange skærme stablet sammen, siger Jennifer colegrove , direktør for displayteknologier hos industriforskningsfirmaet DisplaySearch. Hun bemærker, at i 2010 vil sådanne volumetriske skærme generere 5 millioner dollars i omsætning, en lille del af 3D-skærmmarkedet på 1 milliard dollars. På trods af deres omkostninger, siger hun, er disse skærme stadig primitive og mangler en kombination af billedkvalitet, hastighed og skærmstørrelse.
I samarbejde med Nitto Denko teknisk , den californiske forskningsafdeling af et japansk firma, Peyghambarian har arbejdet på at forbedre sofistikeringen og opdateringshastigheden af holografiske skærme. De nye skærme opdateres væsentligt hurtigere end tidligere systemer og er de første, der er kombineret med et realtidskamerasystem for at vise live billeder frem for dem, der er optaget på forhånd. De nye displays er baseret på et kompositmaterialesystem udviklet af Nitto Denko Technical. I 2008 producerede grupperne en fire-tommer-by-fire-tommer rød holografisk skærm, der kunne omskrives hvert fjerde minut. Ved at forbedre materialerne, der blev brugt til at fremstille skærmen, og det optiske system, der bruges til at kode billederne, har de nu demonstreret et holografisk fuldfarvedisplay, der opdateres hvert andet sekund. Dette arbejde er beskrevet i dag i tidsskriftet Natur .
Nøglen til teknologien er en lysfølsom polymerkomposit lagt på et 12-tommer-x-12-tommer substrat og klemt mellem transparente elektroder. Det sammensatte er arrangeret i områder kaldet hogels, der er den holografiske ækvivalent af pixels. At skrive data til hogelerne er komplekst, og mange forskellige forbindelser i kompositten spiller en rolle. Når en hogel belyses af et interferensmønster produceret af to grønne laserstråler, absorberer en forbindelse kaldet en sensibilisator lys, og positive og negative ladninger i sensibilisatoren adskilles. En polymer i kompositten, der er meget mere ledende over for positive ladninger end negative, trækker de positive ladninger væk.
Denne ladningsadskillelse genererer et elektrisk felt, der igen ændrer orienteringen af røde, grønne og blå farvestofmolekyler i kompositten. Denne ændring i orientering ændrer den måde, hvorpå disse molekyler spreder lys. Det er denne spredning, der genererer en 3D-effekt. Når hogelen belyses med lys fra en LED, vil den sprede lyset for at udgøre ét visuelt punkt i hologrammet.
Det plejede at tage flere minutter at skrive dataene til det holografiske display. En del af måden, hvorpå Nikko Denko-forskerne fremskyndede processen, var at reducere viskositeten af farvestofferne, så de kan ændre position hurtigere. Bevægelsen af farvestofmolekylerne inde i kompositten er analog med bevægelsen af flydende krystaller i en konventionel skærm, siger Joseph Perry , professor i kemi ved Georgia Tech. En vej til yderligere at øge skærmens hastighed kan være at gøre disse materialer mere som flydende krystaller, som ikke kun kan skifte ved videohastigheder, men hurtigere end det menneskelige øje er i stand til at opdage.
Et andet løft i hastighed kom fra at bruge en hurtigere laser til at skrive dataene. For at dette skulle virke, var forskerne også nødt til at parre laseren med polymerer i skærmen, der kunne reagere på disse hurtigere impulser, og adskille ladninger for at generere de elektriske felter med mindre forsinkelsestid. I et andet fremskridt i forhold til tidligere arbejde har virksomheden udviklet et komplet sæt farvestofmolekyler til rød, grøn og blå.
For at demonstrere systemets relative hastighed brugte gruppen det som et telepresence-system svarende til den holografiske kommunikation, der bruges i sci-fi-film som f.eks. Star wars - men meget mere hakkende. Flere kameraer optog billeder af en medarbejder hos Nitto Denko; disse billeder blev behandlet for at skabe data til at skrive hver hogel og sendt til gruppen i Arizona, hvor den holografiske visning viste en 3-D projektion af deres californiske samarbejdspartner. Nu er det, vi kan vise, som en langsom film, siger Peyghambarian. For at lave et holografisk videosystem skal de øge skærmens opdateringshastighed til mindst 30 billeder i sekundet.
Universitetet og Nitto Denko-grupperne arbejder med Michael Bove på MIT om at forbedre billedernes troskab. Det, de rapporterer, fungerer smukt uden megen beregning, siger Bove. I håb om at gøre billederne klarere har Bove udviklet et system til at gengive holografisk video meget hurtigt på en almindelig computergrafikchip.