La nuova tecnologia per gli ologrammi tridimensionali sfrutta l’energia meccanica

Una pubblicazione su Nature illustra il primo display volumetrico. L’invenzione potrebbe aprire la strada agli ologrammi tridimensionali.

Dettaglio dell’ologramma riprodotto dal MATD (Nature)

Ricordate l’ologramma della principessa Leila nel primo film di Star Wars? Un progetto realizzato nei laboratori dell’Università del Sussex potrebbe introdurre il concetto di ologramma 3D nella vita di tutti i giorni. La nuova tecnologia si chiama MATD ed è basata sull’utilizzo dell’energia meccanica e di una pallina.

Ologrammi tridimensionali come nei film di Star Wars

Si chiama Multimodal Acoustic Trap Display. È il frutto del lavoro condotto dai ricercatori dell’Università del Sussex (UK). A un primo colpo d’occhio, il risultato è impressionante: una farfalla che batte le ali, un emoticon sorridente, un conto alla rovescia proiettato a mezz’aria. Questi sono i primi ologrammi riprodotti con l’ausilio del MATD. Si tratta, per ora, di semplici immagini tridimensionali con una peculiarità insolita. Difatti, non solo si possono osservare (tra l’altro senza l’ausilio di visori per la realtà aumentata), ma consentono anche di essere toccate e ascoltate.

Siamo ben lontani dagli ologrammi proposti dai film di fantascienza, sia come complessità dell’immagine che come tecnologia. Infatti, contrariamente ad altri display tridimensionali basati sull’ottica, il MATD è piuttosto una gabbia a ultrasuoni in grado di fornire contenuti visivi, uditivi e tattili. Grazie ad un altoparlante a ultrasuoni, il sistema intrappola acusticamente una pallina di polistirene e la muove all’interno di un certo volume. Essa risulta sospesa a mezz’aria grazie all’alta pressione prodotta dagli ultrasuoni. Gli stessi impulsi sonori la muovono nello spazio libero a velocità sufficientemente elevate per ingannare l’occhio umano (8.75 metri al secondo in direzione verticale, 3.75 in direzione orizzontale). Il nostro organo visivo, infatti, non riesce a percepire il movimento della pallina e crede di trovarsi di fronte a un oggetto nella sua pienezza.

Gli stessi altoparlanti a ultrasuoni generano anche gli altri due effetti interattivi dell’ologramma: la sensazione tattile e il suono. Per quanto riguarda la colorazione, un sistema di luci LED illumina alternativamente la pallina con luce rossa, verde e blu, fino a ottenere l’effetto desiderato.

Gli ultrasuoni e l’energia meccanica alla base del progetto

Anche se non udibili dall’orecchio umano per via delle alte frequenze, gli ultrasuoni trasportano energia meccanica e, pertanto, sono in grado di trasmettere il movimento ad oggetti di piccole dimensioni. In un articolo precedente si era già parlato di onde di pressione come vettori dell’energia meccanica, perciò oggi ci si soffermerà su quest’ultima. All’interno di un fluido, come può essere l’aria, l’energia meccanica è data dalla somma di tre contributi.

Il primo contributo è l’energia cinetica, ossia quell’energia legata alla velocità con cui si muovono le particelle del fluido. Il secondo contributo è dato dall’energia di pressione. Il terzo, invece, riguarda l’energia potenziale gravitazionale, ossia quella dovuta all’altezza del fluido nel campo gravitazionale (maggiore è la quota, maggiore è l’energia potenziale gravitazionale del fluido). Di conseguenza tutta l’energia meccanica dell’aria si può riassumere con tre principali grandezze: la velocità, la pressione e l’altezza (oltre che alla densità, che dipende dal fluido in esame, e all’accelerazione di gravità, che dipende dal pianeta sul quale ci si trova).

Stando all’equazione di Bernoulli (sviluppata dall’omonimo fisico svizzero) la somma dei tre contributi energetici, ossia l’energia meccanica di un fluido, risulta costante. In altre parole, parte dell’energia potenziale o di pressione si può trasformare in energia cinetica (si pensi all’accelerazione dell’acqua quando scende per una cascata) o viceversa, ma la somma totale delle tre deve essere sempre la stessa. Questo, tuttavia, è valido solo per quei fluidi detti ideali. In realtà, in natura sono molte le perdite energetiche connesse all’utilizzo dei fluidi. Per esempio, all’interno di una condotta, a causa degli attriti con la superficie, parte dell’energia del fluido viene dissipata sotto forma di calore.

Nonostante moltissimi dei fenomeni presenti in natura siano irreversibili (cioè comportino una perdita di energia), la propagazione delle onde sonore porta con sé perdite energetiche talmente irrisorie da poter essere tranquillamente trascurate. Per tale motivo, i suoni sono uno dei pochi processi reversibili della natura.

Ologramma realizzato con una tecnica simile dalla Birgham Young University

Il futuro degli ologrammi e della tecnologia MATD

L’idea per realizzare il MATD è giunta da uno studio precedente realizzato dalla Birgham Young University (USA), che come driver per la creazione dell’immagine utilizzava della cellulosa. Secondo la pubblicazione della BYU su Nature, la tecnica “utilizza le forze condotte da una serie di raggi laser quasi invisibili per intrappolare una singola particella – una fibra vegetale di cellulosa – e riscaldarla in modo uniforme. Ciò consente ai ricercatori di spingere e portare in giro la cellulosa. Una seconda serie di laser proietta la luce visibile (rossa, verde e blu) sulla particella, illuminandola mentre si muove attraverso lo spazio. Gli esseri umani non possono discernere le immagini a velocità troppo elevate, quindi se la particella viene spostata abbastanza velocemente, la sua traiettoria appare come una linea continua, come una scintilla nel buio.

Per quanto molto distanti dagli ologrammi dei film fantascientifici, queste nuove tecnologie lasciano presagire un ottimo avvenire. Potenziate e migliorate, infatti, potranno essere sfruttate come sistema di visualizzazione. Le applicazioni saranno svariate, dalla modellazione solida (per esempio nell’illustrazione di un progetto architettonico) fino alle possibili ripercussioni nelle future comunicazioni multimediali (si può immaginare un social network basato sugli ologrammi). Inoltre, come riportato nella pubblicazione di Nature, la tecnica del MATD offre l’opportunità di manipolare la materia ad alta velocità e senza contatto, con applicazioni nella fabbricazione computazionale (come può essere l’additive manifacturing) e nella biomedicina.

Immagine interattiva a livello tattile (Nature)

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