如果你是一個科幻電影迷，一定不也許不知道《星球大戰(zhàn)》這部經(jīng)典的熒屏科幻大片。還記憶那個萌萌噠的 R2-D2機器人和美麗的萊雅公主么?電影中有那么一幕:R2-D2使用激光束炫酷地把萊雅公主的形象投射到了淡薄的空氣中，而今天科學家們把想象向現(xiàn)實又推近了一步。
最近，發(fā)表在 1月 24日的《自然》雜志上的一項研究表明，科學家們已經(jīng)想出了如何操縱空氣中幾乎看不見的塵埃粒子，這些粒子就像是一個個極小的屏幕，使用它們可以制作出比常規(guī)的全息更真實、更清晰的三維圖像。這項研究的要緊作者，楊百翰大學的電氣工程傳授 DanielSmalley表達，這項新技術能夠在空間中“打印”出圖象，並可以實現(xiàn)快速的擦除。
Daniel Smalley傳授與他的學生
事實上早在一個多世紀前，科學家們就差不多結束試圖創(chuàng)造 3D投影或物體三維體顯示器，并取得了不同程度的進展。其中一些顯示工作是將有序切片圖像快速的投影到一個旋轉的玻璃片，給人一個完整的三維物體的印象;或者將圖像投射到霧或塵埃的云層上。然而，很少有顯示器可以精確控制塵埃并使圖象可以穩(wěn)定的漂蕩在空氣中。英國德比大學的物理學家、工程師 BarryBlundell表達:“制作一個能工作的體顯示器很容易，但很難將其性能做的良好，這正是為什么這項研究差不多進行了 100年的原因。”
將圖像投影在一種高速旋轉的鏡子上從而實現(xiàn)三維圖像
相關于常規(guī)的全息投影，盡管我們看到的是一個三維圖像，但是事實上質是通過一個個的二維平面組成;而這一新技術可以說是 2D到 3D的轉變，它將圖像直接從立體空間里出現(xiàn)了出來。使用此項新技術，科學家們投影出了一只可在指尖上“舞蹈”的小蝴蝶，同時也模仿出了一張與星球大戰(zhàn)場景里類似的圖片。相比其他全息圖技術，這項新技術全息出的圖象可以說與星球大戰(zhàn)里的炫酷場景最為類似。
投影出來的蝴蝶與該研究中的一名研究者形象
這一新技術的亮點就在于它突破了全息技術觀察角度的局限，使得人們能從各個角度清晰的看到被投影出來的圖象。即使是全息技術土地的相互競爭的同行也被這一技術給帥到圈粉，羅切斯特大學的 Curtis Broadbent看到這一研究表達:“他們的做法確實太酷了，F(xiàn)在你可以從各個角度去觀察，而使用全息技術是不也許實現(xiàn)的。”
圖 |科幻作品中的可以用來移動飛船的牽引光束
Smalley傳授說到:“這些微小的顆粒由激光進行控制，類似于科幻片《星際迷航》中用光束來牽引飛船一樣！辈贿^，給他啓發(fā)的是有錢任意的“鋼鐵俠”托尼斯塔克的標志性的全息操作，但其實電影中的全息在現(xiàn)實生活中是不也許發(fā)生的，因爲斯塔克的手臂會阻擋光路破壞掉圖像。
新方法在技術上使用激光改變粒子周圍的環(huán)境因素的擾動影響，從而實現(xiàn)對粒子的捕獲與移動。Smalley傳授表達他一開始也擔心由于重力的影響會使得粒子發(fā)生下落以致無法維持住所要呈現(xiàn)的圖像。不過這一擔心是余外的，他發(fā)現(xiàn)使用激光的能量可以改變粒子周圍的氣壓，最終實現(xiàn)了粒子的穩(wěn)定快速移動。具體來說，研究人員使用由透鏡控制方向的不可見的紫外激光，捕獲了一個纖維素粒子，並將其快速的在空間中移動。隨後使用其他的彩色激光照亮快速移動的粒子使其可見。由于粒子的速度足夠的快，因而就能夠在空間中畫出所需的圖形，相對于觀察者來說，他們只會看到這些軌跡形成的單一的圖像。
Smalley解釋道:“這就比喻夜晚，你用閃光燈，在空中劃出你的名字一樣。雖然我們在線知道它只是一個點，但如果它走得夠快，就能騙過我們在線的眼睛，只在眼睛裏調和出一個圖象。”
新技術原理圖
使用紫外激光將粒子捕捉移動，再使用有色光源對粒子進行照射，最后形成 3D圖象(RGB光源，z方向的傾斜放置的透鏡，分色鏡，掃描設備，束縛激光組成的捕捉粒子勢井，粒子，散射光，觀察者，進行 3D成像，束縛激光)
實驗中的粒子在高速移動中畫出的圖形 Y
還制作了更高辨別率的圖像，只是這些圖像需要更多的激光運動，因此需要更多的時間來制作。例如，一張地球的照片花了將近 20秒的時間，因此只有長時間曝光的相機才能捕捉到它。所有的高辨別率圖像都不到 3厘米寬，小到可以懸停在指尖。關于高質量圖象的顯示問題，Smalley傳授表達，可以通過一個同時運動的多粒子平面來克服。
指尖上的地球
Smalley傳授之前的導師，麻省理工學院的 Michael Bove傳授評價到:“其他版本的體顯示使用的是更大的‘屏幕’，同時一旦你的手指插進去，你的手指就會被砍掉！
現(xiàn)在，Smalley傳授所能投影的圖像還比較小，出現(xiàn)的體積大概是兒童午餐盒的 1.5倍。他接下來的工作是投影出更大的體積的圖像，希望有朝一日這一新技術可以應用到現(xiàn)實，融入到人們的日常生活。
