Màn hình plasma 3D lơ lửng có thể chạm được tạo bằng laser femto giây (2015)
(spectrum.ieee.org)- Màn hình plasma cảm ứng bằng laser tạo ra các điểm sáng bằng cách ion hóa các phân tử không khí đã được trình diễn dưới dạng hình ảnh 3D lơ lửng đủ an toàn để chạm tay vào nhờ sử dụng laser femto giây
- Các phương pháp trước đây quét voxel được tạo tại tiêu điểm laser hồng ngoại từ hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn lần mỗi giây, nhưng các xung plasma ở thang nano giây mang năng lượng lớn đến mức có thể làm bỏng da
- Fairy Lights của nhóm nghiên cứu từ University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology và University of Tokyo giảm nguy cơ tổn thương da bằng các xung ở mức vài chục femto giây
- Họ cho rằng sẽ không có tổn thương da đáng kể nếu không chiếu vào cùng một điểm mỗi 1 mili giây trong suốt 2.000 mili giây, và hệ thống được thiết kế để tắt plasma trong vòng 17ms khi người dùng chạm vào voxel
- Không gian trình diễn chỉ 8㎣ nên rất nhỏ, nhưng cho thấy độ phân giải không-thời gian lên tới 200.000 voxel mỗi giây và được cho là có thể mở rộng thành màn hình lớn hơn bằng các thiết bị quang học khác
Cách tạo ra pixel thực trong không trung
- Màn hình 3D lơ lửng đã xuất hiện trong khoa học viễn tưởng từ lâu, nhưng nhiều công nghệ holographic hiện có gần với cách lách các giới hạn như góc nhìn bằng ảo giác quang học hơn
- Màn hình plasma cảm ứng bằng laser ion hóa các phân tử không khí để tạo ra các điểm sáng trong không gian thực, nên gần với pixel thật lơ lửng trong không trung hơn
- Một ví dụ công nghệ trước đó được giới thiệu là màn hình của công ty Nhật Bản Aerial Burton
- Các voxel phát sáng rực rỡ là kết quả của các phân tử không khí bị ion hóa tại tiêu điểm laser hồng ngoại phát ra photon trắng xanh do năng lượng dư thừa
- Vì plasma không tồn tại lâu, laser sẽ quét nhanh qua một thể tích không khí để liên tục tạo ra các voxel tồn tại ngắn ngủi
Giới hạn an toàn của plasma nano giây
- Các màn hình plasma cảm ứng bằng laser trước đây có thể tạo voxel ở thang nano giây bằng cách bắn laser từ hàng chục nghìn đến hàng trăm nghìn lần mỗi giây
- Các xung plasma nano giây vẫn chứa năng lượng đáng kể, nên nếu người đi xuyên qua màn hình có thể bị bỏng
- Dù có thể tạo ảnh lơ lửng về mặt thị giác, đây chính là lý do khiến người dùng khó tương tác trực tiếp bằng tay
Cách tiếp cận laser femto giây của Fairy Lights
- Nhóm nghiên cứu từ University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology và University of Tokyo sử dụng laser femto giây trong hệ thống Fairy Lights
- Mỗi voxel được tạo ra bằng laser phát xung trong vài chục femto giây
- 1 femto giây bằng một phần triệu tỷ của 1 giây
- Với thời lượng xung cực ngắn như vậy, họ đánh giá rằng sẽ không xuất hiện tổn thương da rõ rệt trừ khi chiếu vào cùng một điểm mỗi 1 mili giây trong suốt 2.000 mili giây
- Fairy Lights giữ thời gian phơi nhiễm thấp hơn ngưỡng này một khoảng đủ lớn
Chạm và phản hồi xúc giác
- Điểm khác biệt của Fairy Lights là có thể chạm vào plasma được tạo ra
- Khi ngón tay chạm vào plasma, ánh sáng sẽ sáng hơn và sự thay đổi này có thể được dùng làm tín hiệu cho biết có tiếp xúc
- Khi người dùng chạm vào voxel, hệ thống sẽ tắt voxel plasma đó trong vòng một khung hình để đảm bảo an toàn
- Một khung hình là 17ms, tức 1/60 giây
- Con số này ngắn hơn nhiều so với 2.000ms được nêu là thời gian phơi nhiễm có hại
- Khi chạm vào voxel plasma, sóng xung kích phát sinh, khiến ngón tay có thể cảm nhận một xung lực như thể ánh sáng có thực thể vật lý
- Bài báo không đi sâu khảo sát chi tiết đặc tính cảm giác xúc giác của plasma thông qua điều khiển không-thời gian tinh vi
Không gian trình diễn nhỏ và khả năng mở rộng
- Màn hình trong ảnh và video là rất nhỏ, với vùng làm việc chỉ 8㎣
- Độ phân giải không-thời gian tương đối cao, đạt tối đa 200.000 voxel mỗi giây
- Tốc độ khung hình của ảnh phụ thuộc vào số voxel cần thiết để hiển thị hình ảnh mong muốn
- Để trở nên hữu ích như một sản phẩm tiêu dùng, màn hình sẽ cần lớn hơn
- Họ cho rằng có thể mở rộng bằng cách sử dụng các thiết bị quang học khác
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Tôi bị tổn thương nhẹ một bên mắt do làm việc với laser hơi vượt quá giới hạn an toàn, và mãi vài năm sau mới biết
Vì vậy tôi tuyệt đối không muốn đến gần laser không che chắn đủ mạnh để ion hóa không khí
Chỉ tưởng tượng đến cảnh phải đeo kính bảo hộ hàn khi ra đường để khỏi bị mù vì quảng cáo 3D từ các máy chiếu nhái rẻ tiền, quản lý lỏng lẻo, chiếu thẳng vào mặt người đi đường đã thấy kinh khủng rồi
Có cảm giác kỳ lạ là một vùng nhỏ ngay gần tâm điểm nhìn không còn thấy rõ, và tôi nhớ sau khi xử lý LED trắng trước đây, mắt tôi còn cảm giác lạ trong vài ngày
Muốn hỏi đó là quy trình công nghiệp như làm sạch hay cắt, hay là việc bắn laser trên bàn thí nghiệm vật lý/kỹ thuật
Theo mô tả của nhóm nghiên cứu, dù thời lượng xung rất ngắn, nếu bắn vào cùng một điểm mỗi 1 mili giây một lần trong 2 giây thì có thể gây tổn thương da, nên tôi nghĩ nếu thiết lập sai đủ mức thì có thể làm tan chảy người
Kích thước điểm nhỏ và tốc độ loại bỏ vật liệu cũng thấp, nên chắc chắn không vui vẻ gì nhưng có lẽ không đến mức thổi bay ngón tay
Không rõ có phải ý là xung 1ms mỗi 2 giây hay không
Công nghệ này gần đây xuất hiện trong một cuộc trò chuyện nên tôi đã tìm xem bây giờ nó ra sao, nhưng chỉ thấy các bài khoảng mùa hè 2015 và sau đó không tìm được tài liệu thực chất nào
Có nhiều lý do khiến nó không thực dụng trong nhiều tình huống, nhưng bản thân công nghệ trông có vẻ hứa hẹn
Tôi muốn đọc thêm chi tiết xem vì sao nó dường như biến mất, liệu đó là thổi phồng hay thật sự quá thiếu thực tế
Phần cốt lõi là laser sợi quang khoảng 250.000 USD, nhưng thường sẽ có rất nhiều thiết bị đi kèm
Laser femto giây dùng trong y tế khoảng 400.000 USD, và https://crstoday.com/articles/2014-sep/pricing-the-laser-cat... mức giá như vậy có thể là một trong các lý do khiến nó khó phổ biến
US Navy đã nộp bằng sáng chế năm 2018 cho máy chiếu mồi nhử plasma gắn trên máy bay phản lực, và tôi đoán còn nhiều ứng dụng khác mà ta chưa tìm ra
Mô tả về màn hình plasma cảm ứng laser, tạo các điểm phát sáng bằng cách ion hóa phân tử không khí, làm tôi nhớ đến chuyên mục Daedalus ở phần cuối tạp chí New Scientist ngày xưa
Chuyên mục đó thường nói về những phát minh kỳ lạ và thú vị nhưng đa phần không thực dụng; một trong số đó là ý tưởng đèn đường dùng các cặp laser tử ngoại bắn từ hai bên đường và giao nhau trên không trung
Hai laser có tần số hơi khác nhau để tạo nhịp đập tần số thấp ở điểm giao, rồi nếu tần số đó khớp với năng lượng kích thích của phân tử như oxy thì oxy sẽ phát sáng
Một phát minh khác tôi nhớ là kiểm soát sự phát triển của gỗ bằng hormone thực vật để trồng ra ghế bành, bàn, thậm chí cả nhà, không cần keo hay cưa
tree singing trong Wheel of Time cũng có thể là một ví dụ
Xét từ góc độ cô lập carbon dioxide thì khá tuyệt, nhưng nếu gỗ không chịu ứng suất phù hợp trong quá trình phát triển, đồ nội thất hay nhà cửa làm theo cách đó có thể rất dễ gãy vỡ
Cũng có thể tưởng tượng cây được biến đổi gene để mọc theo kích thước định sẵn như cây trong Minecraft
Tôi nhớ vài năm trước có chuyện quân đội Mỹ nghiên cứu công nghệ dọa người bằng quả cầu plasma phát tiếng thét
Vì thế cũng có câu đùa rằng CIA muốn dùng công nghệ này để khiến những kẻ cực đoan tôn giáo tưởng như Chúa đang nói chuyện với họ
https://newstarget.com/2018-04-24-u-s-military-creating-non-...
Tôi nhớ các thiết bị kiểu này ồn đến mức muốn rách tai vì các quả cầu plasma liên tục được tạo ra trong không khí
Trong bản trình diễn trước đây cảm giác là vậy
Tiếng ồn nền là 55,7dB, nằm ở trang 9 của http://arxiv.org/pdf/1506.06668v1
Đặt đầu gần toàn bộ màn hình khi nó đang hoạt động chắc sẽ không dễ chịu, đặc biệt nếu tiếng ồn tăng theo độ phân giải và độ sáng
Sẽ thú vị nếu xem tiếng ồn giảm nhanh thế nào theo khoảng cách
Mức âm lượng đó nằm đâu đó giữa âm thanh gia dụng, máy hút bụi và tiếng giao thông trên cao tốc, nên chịu được nhưng không dễ chịu
Tôi nhớ IO2 Heliodisplay khoảng năm 2007
Giờ có vẻ trang web đã chết
Có mô tả rằng “màn hình phong cách hologram này hoạt động bằng cách chiếu hình ảnh 2D lên một đám mây các giọt nước li ti”
https://www.techpowerup.com/forums/threads/io2-launches-%E2%...
Ban đầu họ khá giấu việc sử dụng hơi nước vì sợ mọi người nghĩ đó chỉ là chiếu lên một màn nước, và tạo cảm giác như có công nghệ laser định hướng nào đó
Dù vậy vẫn cần nước
Nếu đoán vì sao nó không có đà phát triển, tôi nghĩ có thể họ không kiểm soát được chi phí hoặc không nâng đủ độ sáng, nhưng đó chỉ là suy đoán
Triển khai thứ này một cách an toàn khá khó
Để tạo đánh thủng điện môi của không khí bằng laser femto giây hồng ngoại cần mật độ năng lượng đáng kể
Có lẽ họ dùng máy quét galvanometer để di chuyển chùm tia theo hướng xy, nhưng để đạt cường độ cần thiết thì cũng phải di chuyển mặt phẳng tiêu điểm theo
Nếu chiếu từ khoảng cách xa xe hơi, khẩu độ số sẽ thấp nên cần công suất đáng kể, và đó có thể là lý do họ chạy ở 1kHz
Với công nghệ năm 2015, có lẽ đó là tổ hợp laser titan-sapphire 80fs, galvo và thấu kính Optotune
Lý do nó không được dùng rộng rãi là vì rất khó làm cho an toàn với mắt
Tôi cũng luôn tò mò tương tự về công nghệ được dùng trong video bí ẩn có tên Laser Induced Plasma Channel đăng trên YouTube khoảng 15 năm trước
Trông như một vũ khí chống tiếp cận dùng laser femto giây để dẫn hồ quang điện qua hành lang, giống một cú phóng điện Taser dài cả mét và thẳng đến phi lý
Video không có giải thích, bình luận cũng không được trả lời, và gần đây người tải lên đã xóa, nhưng dường như vẫn còn bản đăng lại trên DailyMotion từ 9 năm trước
[1] https://www.dailymotion.com/video/x31ovvi
Nếu quan tâm đến dự án này, bạn cũng nên xem dự án tương tự rất thú vị của Voxon Photonics
Hiện có thể mua được và cũng an toàn hơn
[0]: https://voxon.co/