Des scientifiques dévoilent des hologrammes 3D qu'on peut toucher et entendre

Des chercheurs démontrent un affichage volumétrique lévitant utilisant des ondes ultrasonores. L'hologramme fournit un contenu 3D visuel, audible et tactile. Il utilise des réseaux de transducteurs ultrasoniques qui produisent des ondes sonores pour faire flotter et contrôler une minuscule bille de polystyrène.

Les affichages holographiques existants peuvent créer du contenu visuel 3D sans besoin de lunettes, mais ils ont un temps de réponse limité et des capacités de persistance de la vision.

Maintenant, des chercheurs de l'Université du Sussex et de l'Université des Sciences de Tokyo ont développé des hologrammes 3D animés qui fournissent non seulement du visuel mais aussi de l'audible et du tactile en 3D.

Plus spécifiquement, ils ont démontré un affichage volumétrique lévitant utilisant des ondes ultrasonores. C'est ce qu'on appelle l'affichage à piège acoustique multimodal (MATD). Le système piège une particule acoustiquement et l'illumine avec de la lumière RVB pour contrôler sa couleur.

La configuration

La configuration comprend deux réseaux de transducteurs ultrasoniques qui produisent des ondes sonores pour faire flotter et contrôler une minuscule bille de polystyrène de deux millimètres de large.

Pour fournir du contenu auditif et tactile simultané, MATD utilise le multiplexage temporel avec un piège secondaire, la modulation d'amplitude et la minimisation de phase.

La bille se déplace à des vitesses allant jusqu'à 3,75 m/s et 8,75 m/s dans les directions horizontale et verticale, respectivement, offrant des capacités de manipulation de particules supérieures aux techniques holographiques optiques ou acoustiques existantes.

Quand des LED brillent en rouge, vert et bleu sur la bille, elle trace la forme d'un objet en trois dimensions. Alors que la bille bouge, un bain LED à changement rapide baigne l'affichage dans la lumière pour produire des couleurs.

Puisque la bille se déplace à des vitesses plus rapides que l'œil humain ne peut suivre, les spectateurs voient une forme tridimensionnelle complète. Il n'y a pas d'illusion d'optique impliquée (qui trompe le cerveau pour voir traduire un objet 2D en 3D).

Et parce que l'image holographique existe réellement dans l'espace 3D, elle peut être vue sous tous les angles sans dégradation de qualité. Plus important encore, la technique ne cause pas de fatigue oculaire.

Référence : Nature | DOI:10.1038/s41586-019-1739-5

En plus de créer un effet visuel, les transducteurs font aussi vibrer la bille à des fréquences qui produisent des ondes sonores. Ces vibrations peuvent être accordées pour créer des ondes sonores sur toute la gamme auditive. Cela signifie que la bille en mouvement pourrait générer une image d'un visage qui parle qui pourrait aussi fonctionner comme un petit haut-parleur pour que le visage parle aussi.

Il est aussi possible de rendre l'affichage tactile en créant des ondes sonores ultrasoniques. Les ailes battantes d'un papillon, par exemple, pourraient être senties si les spectateurs mettent leurs mains assez près de l'image holographique.

Crédit image : Nature

Le prototype développé dans cette étude peut produire des images à l'intérieur d'un cube d'air de 10 centimètres de large. En résumé, cela nous rapproche des affichages volumétriques, offrant une reproduction sensorielle complète du contenu virtuel.

Quelle suite ?

Dans un avenir proche, des transducteurs plus puissants peuvent être faits pour générer des animations plus grandes et employer plusieurs billes, bien qu'il sera difficile de chorégraphier l'illumination de plusieurs billes à la fois.

La technologie permet le positionnement et la modulation d'amplitude des pièges acoustiques au taux de fréquence du champ sonore (40 kHz) et ouvre de nouvelles portes pour les affichages 3D multimodaux. Elle offre aussi des opportunités pour la manipulation sans contact de la matière à haute vitesse, avec des applications en biomédecine et fabrication computationnelle.