Display de plasma 3D suspenso e tocável feito com laser de femtossegundo (2015)
(spectrum.ieee.org)- O display de plasma induzido por laser, que cria pontos brilhantes ao ionizar moléculas do ar, foi demonstrado como uma imagem aérea 3D segura o suficiente para ser tocada com a mão ao usar laser de femtossegundo
- Nos métodos anteriores, os voxels criados no foco de um laser infravermelho eram varridos dezenas a centenas de milhares de vezes por segundo, mas rajadas de plasma na escala de nanossegundos carregam energia suficiente para queimar a pele
- O Fairy Lights, de pesquisadores da University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology e University of Tokyo, reduz o risco de danos à pele com pulsos na casa de dezenas de femtossegundos
- Eles consideraram que não há dano perceptível à pele a menos que o mesmo ponto seja irradiado uma vez a cada 1 milissegundo durante 2.000 milissegundos, e o sistema foi projetado para desligar o plasma em até 17ms quando o usuário toca o voxel
- O espaço de demonstração é muito pequeno, de 8㎣, mas mostra resolução espaço-temporal de até 200.000 voxels por segundo, e os pesquisadores acreditam que pode ser ampliado para um display maior com outros dispositivos ópticos
Como criar pixels reais no ar
- Displays 3D suspensos no ar aparecem há muito tempo na ficção científica, mas muitas tecnologias holográficas existentes estão mais próximas de contornar limitações como ângulo de visão por meio de ilusões ópticas
- O display de plasma induzido por laser ioniza moléculas do ar para criar pontos brilhantes em espaço real, ficando mais próximo de pixels reais flutuando no ar
- Como exemplo de tecnologia anterior, é apresentado o display da empresa japonesa Aerial Burton
- Os voxels de brilho intenso resultam de moléculas de ar ionizadas no foco de um laser infravermelho emitindo fótons azul-esbranquiçados ao liberar energia excedente
- Como o plasma não dura muito, o laser faz uma varredura rápida por um volume de ar, gerando continuamente voxels de vida curta
Limites de segurança do plasma em nanossegundos
- Displays de plasma induzido por laser anteriores conseguem criar voxels na escala de nanossegundos, disparando o laser dezenas a centenas de milhares de vezes por segundo
- Mesmo rajadas de plasma nessa escala carregam energia considerável, de modo que uma pessoa pode sofrer queimaduras ao passar pela área do display
- Embora seja possível criar imagens aéreas visualmente, esse é o motivo de ser difícil para o usuário interagir diretamente com as mãos
A abordagem com laser de femtossegundo do Fairy Lights
- Pesquisadores da University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology e University of Tokyo usam um laser de femtossegundo no sistema Fairy Lights
- Cada voxel é gerado por um laser pulsando durante dezenas de femtossegundos
- 1 femtossegundo é um quadrilionésimo de segundo
- Com uma duração de pulso tão curta, eles avaliaram que não ocorre dano evidente à pele a menos que o mesmo ponto seja irradiado uma vez a cada 1 milissegundo durante 2.000 milissegundos
- O Fairy Lights mantém o tempo de exposição bem abaixo desse limite
Toque e feedback tátil
- O diferencial do Fairy Lights é que o plasma gerado pode ser tocado
- Quando um dedo toca o plasma, a luz fica mais brilhante, e essa mudança pode ser usada como sinal para indicar o contato
- Quando o usuário toca um voxel, o voxel de plasma correspondente é desligado dentro de um frame por segurança
- Um frame dura 17ms, ou seja, 1/60 de segundo
- Isso é muito menor do que os 2.000ms apresentados como tempo de exposição nocivo
- Ao tocar um voxel de plasma, ocorre uma onda de choque, e o dedo pode sentir um impulso como se a luz tivesse presença física
- O artigo deixa fora de escopo uma investigação detalhada das características da sensação tátil do plasma por meio de controle espaço-temporal sofisticado
Espaço de demonstração pequeno e possibilidade de expansão
- O display visto em fotos e vídeos é muito pequeno, e a área de trabalho tem apenas 8㎣
- A resolução espaço-temporal é relativamente alta, chegando a até 200.000 voxels por segundo
- A taxa de quadros da imagem varia conforme o número de voxels necessário para a imagem a ser exibida
- Para se tornar útil como produto de consumo, o display precisaria ser maior
- Os pesquisadores acreditam que a expansão é possível com o uso de outros dispositivos ópticos
1 comentários
Opiniões do Hacker News
Tive uma lesão leve em um olho por causa de trabalho com laser um pouco acima do limite de segurança, e só descobri alguns anos depois
Por isso, eu jamais gostaria de ficar perto de um laser sem blindagem forte o bastante para ionizar o ar
Só de imaginar anúncios 3D na rua, feitos por projetores baratos copiados sem muita regulamentação, atirando em direção ao rosto das pessoas, e a gente tendo que andar com óculos de proteção de solda para não ficar cego, já é horrível
Tenho uma sensação estranha de não enxergar bem uma pequena área bem perto do centro do foco, e lembro que, depois de mexer com LEDs brancos no passado, fiquei alguns dias com uma sensação esquisita nos olhos
Queria saber se era um processo industrial, como limpeza ou corte, ou se era algo de disparar lasers em uma bancada de experimentos de física/engenharia
Pela explicação dos pesquisadores, mesmo com pulsos muito curtos, disparar no mesmo ponto uma vez a cada 1 milissegundo durante 2 segundos pode causar dano à pele, então dá para imaginar que, com uma configuração suficientemente errada, seria possível derreter uma pessoa
O ponto é pequeno e a taxa de remoção de material também é baixa, então não seria divertido, mas provavelmente não chegaria a arrancar um dedo
Fico em dúvida se quer dizer um pulso de 1 ms a cada 2 segundos
Essa tecnologia apareceu em uma conversa recente, então fui procurar em que pé está hoje, mas só encontrei matérias por volta do verão de 2015 e nada substancial depois disso
Há muitos motivos para ela não ser prática em várias situações, mas a tecnologia em si parecia promissora
Gostaria de ler mais detalhes sobre por que ela parece ter desaparecido, se era hype ou se era realmente impraticável
O núcleo é um laser de fibra de cerca de US$ 250 mil, mas normalmente há muitos outros equipamentos acoplados
Um laser de femtossegundos médico custa cerca de US$ 400 mil, e https://crstoday.com/articles/2014-sep/pricing-the-laser-cat... essa faixa de preço pode ser um dos motivos pelos quais é difícil isso se popularizar
A US Navy registrou em 2018 uma patente de um projetor de iscas de plasma montado em jatos, e deve haver muito mais aplicações que eu não encontrei
A descrição de um display de plasma induzido por laser, que cria pontos luminosos ionizando moléculas do ar, me lembrou a coluna Daedalus que ficava no fim da New Scientist
Ela geralmente tratava de invenções estranhas e legais que provavelmente não seriam práticas, e uma delas era uma ideia de postes de luz que disparavam pares de lasers ultravioleta de lados opostos de uma rua para se cruzarem no ar
As frequências dos dois lasers seriam ligeiramente diferentes, criando um batimento de baixa frequência no ponto de interseção; se essa frequência fosse ajustada para a energia de excitação de moléculas como o oxigênio, o oxigênio emitiria luz
Outra invenção de que me lembro era controlar o crescimento da madeira com hormônios vegetais para fazer crescer poltronas, mesas e até casas, sem necessidade de cola ou serra
O tree singing de Wheel of Time também pode ser um exemplo
Do ponto de vista de sequestro de dióxido de carbono, seria bem legal, mas, se a madeira não sofrer as tensões adequadas enquanto cresce, móveis ou casas feitos assim provavelmente se quebrariam com facilidade
Dá até para imaginar árvores geneticamente modificadas que cresçam em dimensões predeterminadas, como as árvores do Minecraft
Isso me lembra a história de alguns anos atrás de que os militares dos EUA estavam pesquisando uma tecnologia para assustar pessoas com esferas de plasma que gritam
Por causa disso, também surgiu a piada de que a CIA tentaria usar essa tecnologia para fazer extremistas religiosos acharem que Deus estava falando com eles
https://newstarget.com/2018-04-24-u-s-military-creating-non-...
Lembro que esse tipo de dispositivo é barulhento a ponto de doer os ouvidos, porque esferas de plasma ficam sendo criadas continuamente no ar
Foi essa a impressão em uma demonstração antiga
O ruído de fundo era 55,7 dB, e isso está na página 9 de http://arxiv.org/pdf/1506.06668v1
Não deve ser agradável colocar a cabeça perto de um display inteiro em funcionamento, especialmente se o ruído aumentar com a resolução e o brilho
Seria interessante ver quão rápido o ruído cai com a distância
Esse volume fica mais ou menos entre um aparelho de som doméstico, um aspirador de pó e o barulho de tráfego em uma rodovia; dá para aguentar, mas não é agradável
Lembro do IO2 Heliodisplay por volta de 2007
Parece que o site está fora do ar agora
Havia uma descrição dizendo: “este display em estilo holográfico funciona projetando imagens 2D em uma nuvem de gotículas de água”
https://www.techpowerup.com/forums/threads/io2-launches-%E2%...
No início, eles escondiam bastante o fato de que usavam vapor d'água, talvez para as pessoas não acharem que era apenas uma projeção em uma tela de gotículas, e davam a entender que havia algum tipo de tecnologia de laser direcional
Mesmo assim, precisava de água
Se eu fosse chutar por que não ganhou tração, diria que talvez não conseguiram controlar os custos ou aumentar o brilho o suficiente, mas é só especulação
Implementar isso com segurança é bem difícil
Para criar ruptura dielétrica do ar com um laser de femtossegundos infravermelho, é necessária uma densidade de energia considerável
Provavelmente eles usaram um scanner galvanométrico para mover o feixe nos eixos xy, mas, para obter a intensidade necessária, também é preciso deslocar o plano focal
Se a projeção for a uma distância maior a partir de um carro, a abertura numérica diminui e é necessária uma potência considerável, por isso é possível que tenham operado a 1 kHz
Sendo tecnologia de 2015, provavelmente era uma combinação de laser de titânio-safira de 80 fs, galvanômetro e lente Optotune
O motivo de isso não ser amplamente usado é que é muito difícil torná-lo seguro para os olhos
Sempre tive uma curiosidade parecida sobre a tecnologia usada em um vídeo misterioso no YouTube de cerca de 15 anos atrás chamado Laser Induced Plasma Channel
Parecia uma arma de negação de acesso que usava um laser de femtossegundos para conduzir um arco elétrico através de um corredor, como uma descarga de Taser absurdamente reta de metros de comprimento
O vídeo não tinha explicação, ninguém respondeu nos comentários, e o uploader o removeu recentemente, mas parece que ainda existe um reupload de 9 anos atrás no DailyMotion
[1] https://www.dailymotion.com/video/x31ovvi
Se você se interessa por este projeto, também vale ver o projeto igualmente legal da Voxon Photonics
Já dá para comprar e ele também é mais seguro
[0]: https://voxon.co/