Hacia los hologramas 3D tipo Star Wars

Dibujo20180125 3D-printed light images produced by levitated optomechanics nature25176-f2

Proyectar en el aire imágenes holográficas 3D similares a las que aparecen en películas como Star Wars todavía está lejos. Sin embargo, se publica en Nature un prototipo de visor de trampa óptica (OTD) que muestra imágenes 3D en movimiento gracias a láseres que inciden sobre micropartículas opacas que levitan en el aire y se mueven mediante fuerzas fotoforéticas (gradientes térmicos). Se logran colores RGB tipo full color (24 bits) mediante una fuente láser multicolor que ilumina a la micropartícula mientras sigue su trayectoria. Por ahora solo son imágenes de pocos milímetros cúbicos cuya calidad depende mucho del ángulo de visión.

Más abajo tienes un espectacular vídeo que muestra los resultados logrados. El artículo es D. E. Smalley, E. Nygaard, …, J. Peatross, “A photophoretic-trap volumetric display,” Nature 553: 486–490 (25 Jan 2018), doi: 10.1038/nature25176. Más información divulgativa en Barry G. Blundell, “Trapped particle makes 3D images,” News & Views, Nature 553: 408-409 (24 Jan 2018) [link].

Dibujo20180125 The Optical Trap Display nature25176-f1

Una trampa óptica fotoforética atrapa y mueve una micropartícula usando fuerzas térmicas. El efecto fotoforético combina la acomodación térmica con el efecto radiométrico, apareciendo una fuerza en la partícula en la dirección del gradiente térmico, es decir, que se dirige desde su cara caliente hacia su cara fría (FT). La micropartícula atrapada tiene que tener un tamaño entre 5 μm y 100 μm, más grande que el camino libre medio de las moléculas del gas en el que se encuentra (68 nm a temperatura y presión ambientales).

Dibujo20180125 optical trap display explanation d41586-018-01125-y_15410448

El visor de trampa óptica (OTD por Optical Trap Display) usa una trampa óptica fotoforética a 405 nm (casi invisible) capaz de atrapar una partícula opaca de unos 10 μm durante 17,2 horas (el récord del prototipo, que fue interrumpido manualmente). Las partículas se aceleran hasta 57,574 mm/s² (5,67 g) alcanzando una velocidad de hasta 1827 mm/s, pero basta una velocidad de 164 mm/s para obtener imágenes vectoriales de unos 1307 vértices que se refrescan a unos 12,8 fps (fotogramas por segundo), que equivale a unos 16 700 puntos por segundo (los osciloscopios analógicos rondan los 20 000 puntos por segundo). Gracias a la persistencia visual (POV), esta imagen 3D no parpadea para un ojo humano sin lente de apoyo.

Dibujo20180125 Examples of the colour and resolution quality of the images nature25176-f3

Por supuesto, el prototipo de OTD todavía presenta muchos problemas prácticos. El más importante es que no funciona al aire libre, sin un recinto que aísle del flujo de aire a la partícula atrapada (el viento puede expulsarla de la trampa); según los autores el sistema soporta el pequeño flujo de aire asociada al movimiento de las manos cerca de la trampa, e incluso a la respiración suave del investigador. Además, parte de la luz del láser que colorea la partícula sigue su camino óptico más allá, con lo que se requieren ciertas precauciones cuando se observa desde ciertos ángulos; los autores proponen usar un sistema de enfoque más preciso que actúe sobre partículas fluorescentes o gotas de aerosoles para evitar este problema.

En resumen, un curioso prototipo que nos muestra cómo el cine está inspirando a los investigadores más allá de la holografía para obtener imágenes 3D en movimiento levitando en el aire. Queda mucho trabajo por investigar para que los OTD acaben siendo un producto comercial que se parezca a lo que vemos en las películas, pero tiempo al tiempo. Lo que se pueda lograr en unas décadas puede llegar a ser imposible de imaginar.


2 Comentarios

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SagutxoSagutxo

Formidable este prototipo. Aunque estamos todavía a décadas de algo tangible a nivel comercial, es muy interesante ver los comienzos de esta tecnología. Esto es a la visualización 3D real el equivalente a lo que fue el daguerrotipo en los albores de la fotografía, un preámbulo de lo que vendría después.

ChemaChema

Yo soy escéptico con que este tipo de tecnología llegue a ser de uso común. Ha habido muchos intentos a lo largo de los años y parece que no dan con la tecla.

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