Pantalla 3D de plasma en el aire, táctil y creada con láser de femtosegundos (2015)
(spectrum.ieee.org)- Una pantalla de plasma inducido por láser, que ioniza moléculas de aire para crear puntos luminosos, fue demostrada usando un láser de femtosegundos como una imagen 3D en el aire lo bastante segura como para tocarla con la mano
- Los métodos existentes escanean vóxeles (voxels) generados en el foco de un láser infrarrojo decenas de miles a cientos de miles de veces por segundo, pero las ráfagas de plasma a escala de nanosegundos contienen suficiente energía como para quemar la piel
- Fairy Lights, de investigadores de University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology y University of Tokyo, reduce el riesgo de daño en la piel con pulsos de decenas de femtosegundos
- Se consideró que no habría daño visible en la piel a menos que se irradiara el mismo punto una vez cada 1 milisegundo durante 2,000 milisegundos, y el sistema fue diseñado para apagar el plasma en un plazo de 17 ms si el usuario toca un vóxel
- El espacio de demostración es muy pequeño, de apenas 8 mm³, pero muestra una resolución espaciotemporal de hasta 200,000 vóxeles por segundo, y se considera que podría escalarse a pantallas más grandes usando otros dispositivos ópticos
Cómo crear píxeles reales en el aire
- Las pantallas 3D en el aire aparecen en la ciencia ficción desde hace mucho tiempo, pero muchas tecnologías holográficas existentes se acercan más a métodos que esquivan limitaciones como el ángulo de visión mediante ilusiones ópticas
- Las pantallas de plasma inducido por láser ionizan moléculas de aire para crear puntos luminosos en el espacio real, por lo que se acercan más a píxeles reales flotando en el aire
- Como ejemplo de tecnología existente, se presenta una pantalla de la empresa japonesa Aerial Burton
- Los vóxeles brillantes son el resultado de moléculas de aire ionizadas en el foco de un láser infrarrojo que liberan energía excedente en forma de fotones azulados y blancos
- Como el plasma no dura mucho, el láser escanea rápidamente un volumen en el aire y genera de forma continua vóxeles de vida breve
Límites de seguridad del plasma de nanosegundos
- Las pantallas de plasma inducido por láser existentes pueden crear vóxeles a escala de nanosegundos disparando el láser decenas de miles a cientos de miles de veces por segundo
- Incluso las ráfagas de plasma a escala de nanosegundos contienen una cantidad considerable de energía, por lo que una persona podría quemarse si atraviesa la pantalla
- Aunque visualmente pueden crear imágenes en el aire, esta es la razón por la que resulta difícil que los usuarios interactúen directamente con ellas con la mano
El enfoque con láser de femtosegundos de Fairy Lights
- Investigadores de University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology y University of Tokyo usan un láser de femtosegundos en el sistema Fairy Lights
- Cada vóxel se genera con un láser que emite pulsos durante decenas de femtosegundos
- 1 femtosegundo es una milbillonésima parte de un segundo
- Con duraciones de pulso tan extremadamente cortas, se determinó que no se produciría daño visible en la piel a menos que se irradiara el mismo punto una vez cada 1 milisegundo durante 2,000 milisegundos
- Fairy Lights mantiene el tiempo de exposición suficientemente por debajo de ese umbral
Toque y retroalimentación háptica
- El rasgo distintivo de Fairy Lights es que el plasma generado se puede tocar
- Cuando un dedo toca el plasma, la luz se vuelve más brillante, y ese cambio puede usarse como señal para detectar si hubo contacto
- Si el usuario toca un vóxel, el vóxel de plasma correspondiente se apaga dentro de un fotograma por seguridad
- Un fotograma dura 17 ms, es decir, 1/60 de segundo
- Esto es suficientemente más corto que los 2,000 ms planteados como tiempo de exposición dañino
- Al tocar un vóxel de plasma se genera una onda de choque, por lo que el dedo puede sentir un impulso, como si la luz tuviera una entidad física
- El artículo deja fuera de su alcance la investigación detallada de las características de la sensación háptica del plasma mediante un control espaciotemporal preciso
Pequeño espacio de demostración y posibilidad de escalado
- La pantalla que se ve en las fotos y videos es muy pequeña, y el espacio de trabajo es de apenas 8 mm³
- La resolución espaciotemporal es relativamente alta y alcanza hasta 200,000 vóxeles por segundo
- La tasa de cuadros de la imagen varía según la cantidad de vóxeles necesarios para la imagen que se quiere mostrar
- Para que sea útil como producto de consumo, la pantalla tendría que ser más grande
- Se considera que podría escalarse usando otros dispositivos ópticos
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
Por hacer trabajo con láser un poco por encima de los límites de seguridad, terminé con un daño leve en un ojo y no me di cuenta hasta años después
Así que jamás quisiera estar cerca de un láser sin blindaje lo bastante potente como para ionizar el aire
Solo pensar en una situación donde, para no quedar ciego por anuncios 3D disparados a la cara en la calle por proyectores clon baratos con regulaciones laxas, hubiera que andar con gafas de seguridad para soldadura, da miedo
Siento una especie de punto raro donde no veo bien, muy cerca del centro del enfoque, y recuerdo que después de trabajar con un LED blanco me quedó una sensación extraña en los ojos durante varios días
Quisiera preguntar si era un proceso industrial como limpieza o corte, o si era disparar láseres en una mesa de laboratorio de física/ingeniería
Según la explicación de los investigadores, que incluso con pulsos muy cortos pueda haber daño en la piel si dispara al mismo punto una vez cada 1 milisegundo durante 2 segundos, hace pensar que, si configuras esto lo bastante mal, tal vez hasta podrías derretir a alguien
El tamaño del punto es pequeño y la tasa de remoción de material también, así que no sería nada agradable, pero probablemente no al punto de volarte un dedo
No queda claro si quiere decir un pulso de 1 ms cada 2 segundos
Esta tecnología salió en una conversación reciente y me puse a buscar qué había pasado con ella, pero solo encuentro artículos alrededor del verano de 2015 y nada sustancial después de eso
Hay muchas razones por las que quizá no sería práctica en varias situaciones, pero la tecnología en sí parecía prometedora
Me gustaría leer detalles sobre por qué parece haber desaparecido, si era puro humo o si de verdad era muy poco práctica
La pieza central es un láser de fibra de unos 250 mil dólares, pero normalmente va acompañado de mucho más equipo
Los láseres médicos de femtosegundos cuestan unos 400 mil dólares, y precios como los de https://crstoday.com/articles/2014-sep/pricing-the-laser-cat... podrían ser una de las razones por las que esto no se masificó
La US Navy patentó en 2018 un proyector de señuelos de plasma para montar en jets, y seguramente hay muchas más aplicaciones que no encontré
Al leer la descripción de esta pantalla de plasma inducido por láser, que crea puntos brillantes ionizando moléculas del aire, me acordé de la columna Daedalus que venía al final de New Scientist
Trataba de inventos extraños y geniales que por lo general no eran prácticos, y uno de ellos era una idea de alumbrado público en la que se disparaba un par de láseres ultravioletas desde lados opuestos de la calle para que se cruzaran en el aire
Haciendo que los dos láseres tuvieran frecuencias ligeramente distintas, se generaría un batido de baja frecuencia en el punto de cruce, y si esa frecuencia coincidía con la energía de excitación de una molécula como el oxígeno, el oxígeno emitiría luz
Otro invento que recuerdo era controlar el crecimiento de la madera con hormonas vegetales para hacer crecer sillones, mesas e incluso casas, sin necesidad de pegamento ni sierras
El tree singing de Wheel of Time sería un ejemplo
Desde la perspectiva del secuestro de carbono estaría muy bien, pero si no se aplica la tensión adecuada a la madera mientras crece, es muy probable que los muebles o casas hechos así se rompan con facilidad
También se puede imaginar árboles genéticamente modificados que crezcan con dimensiones fijas, como los árboles de Minecraft
Me acordé de haber leído hace algunos años que el ejército de EE. UU. estaba investigando una tecnología para asustar gente con esferas de plasma que gritan
Por eso también surgió la broma de que la CIA quería usar esta tecnología para hacerles creer a extremistas religiosos que Dios les estaba hablando
https://newstarget.com/2018-04-24-u-s-military-creating-non-...
Recuerdo que este tipo de aparato hacía un ruido ensordecedor, porque en el aire se iban formando esferas de plasma continuamente
Así se sentía en una demostración que vi hace tiempo
El ruido de fondo era de 55.7 dB, y está en la página 9 de http://arxiv.org/pdf/1506.06668v1
Tener la cabeza cerca de toda la pantalla mientras está funcionando no debe ser nada agradable, sobre todo si el ruido aumenta con la resolución y el brillo
Sería interesante ver qué tan rápido cae el ruido con la distancia
A ese volumen estaría más o menos entre un equipo de audio doméstico, una aspiradora y el ruido del tráfico en autopista: tolerable, pero nada placentero
Recuerdo el IO2 Heliodisplay por ahí de 2007
Parece que el sitio ya no existe
Decían que “esta pantalla de estilo holográfico funciona proyectando imágenes 2D sobre una nube de microgotas”
https://www.techpowerup.com/forums/threads/io2-launches-%E2%...
Al principio ocultaban bastante el hecho de que usaba vapor de agua, probablemente porque temían que la gente pensara que no era más que proyectar sobre una pantalla de gotitas, y trataban de darle un aire de tecnología de láser direccional
Aun así, necesitaba agua
Si tuviera que adivinar por qué no despegó, diría que no pudieron controlar los costos o subir lo suficiente el brillo, pero eso es solo una suposición
Implementar esto de forma segura es bastante difícil
Para producir ruptura dieléctrica del aire con un láser de femtosegundos infrarrojo se necesita una densidad de energía considerable
Supongo que movían el haz en xy con un escáner galvo, pero para lograr la intensidad necesaria también hay que mover el plano focal
Si se proyecta a una distancia como la de un auto, la apertura numérica baja y hace falta bastante potencia, por lo que quizá por eso operaban a 1 kHz
Con tecnología de 2015, probablemente era una combinación de láser de zafiro-titanio de 80 fs, galvos y una lente Optotune
La razón por la que esto no se usa de forma extendida es que es muy difícil hacerlo seguro para los ojos
Siempre me dio una curiosidad parecida la tecnología usada en un misterioso video de YouTube de hace unos 15 años llamado Laser Induced Plasma Channel
Parecía un arma de negación de acceso que guiaba un arco eléctrico al otro lado de un pasillo mediante un láser de femtosegundos, como una descarga tipo Taser absurdamente recta de varios metros
El video no tenía explicación y nadie respondió en los comentarios; el uploader original lo borró hace poco, pero parece que queda una resubida de DailyMotion de hace 9 años
[1] https://www.dailymotion.com/video/x31ovvi
Si te interesa este proyecto, también vale la pena ver un proyecto parecido de Voxon Photonics, igual de impresionante
Ya se puede comprar y parece mucho más seguro
[0]: https://voxon.co/