如果你是一個科幻電影迷，一定不會不知道《星球大戰(zhàn)》這部經(jīng)典的熒屏科幻大片。還記得那個萌萌噠的 R2-D2機器人和美麗的萊雅公主么?電影中有這么一幕:R2-D2利用激光束炫酷地把萊雅公主的形象投射到了稀薄的空氣中，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，利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。這項研究的主要作者，楊百翰大學的電氣工程教授 DanielSmalley表示，這項新技術(shù)能夠在空間中“打印”出圖象，并可以實現(xiàn)快速的擦除。
Daniel Smalley教授與他的學生
其實早在一個多世紀前，科學家們就已經(jīng)開始試圖創(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(zhuǎn)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)定的漂浮在空氣中。英國德比大學的物理學家、工程師 BarryBlundell表示:“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已經(jīng)進行了 100年的原因。”
將圖像投影在一種高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上從而實現(xiàn)三維圖像
相對于常規(guī)的全息投影，雖然我們看到的是一個三維圖像，但是其本質(zhì)是通過一個個的二維平面構(gòu)成;而這一新技術(shù)可以說是 2D到 3D的轉(zhuǎn)變，它將圖像直接從立體空間里呈現(xiàn)了出來。利用此項新技術(shù)，科學家們投影出了一只可在指尖上“舞蹈”的小蝴蝶，并且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(shù)，這項新技術(shù)全息出的圖象可以說與星球大戰(zhàn)里的炫酷場景最為相似。
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(shù)的亮點就在于它打破了全息技術(shù)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。即便是全息技術(shù)領(lǐng)域的相互競爭的同行也被這一技術(shù)給帥到圈粉，羅切斯特大學的 Curtis Broadbent看到這一研究表示:“他們的做法真的太酷了?，F(xiàn)在你可以從各個角度去觀察，而利用全息技術(shù)是不可能實現(xiàn)的?！?
圖 |科幻作品中的可以用來移動飛船的牽引光束
Smalley教授說到:“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^，給他啟發(fā)的是有錢任性的“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)實生活中是不可能發(fā)生的，因為斯塔克的手臂會阻擋光路破壞掉圖像。
新方法在技術(shù)上利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教授表示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。不過這一擔心是多余的，他發(fā)現(xiàn)利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，研究人員利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，并將其快速的在空間中移動。隨后利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:“這就好比夜晚，你用閃光燈，在空中劃出你的名字一樣。雖然我們知道它只是一個點，但如果它走得夠快，就能騙過我們的眼睛，只在眼睛里融合出一個圖象?！?
新技術(shù)原理圖
利用紫外激光將粒子捕獲移動，再利用有色光源對粒子進行照射，最終形成 3D圖象(RGB光源，z方向的傾斜放置的透鏡，分色鏡，掃描設(shè)備，束縛激光構(gòu)成的捕獲粒子勢井，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
還制作了更高分辨率的圖像，不過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，所以只有長時間曝光的相機才能捕捉到它。所有的高分辨率圖像都不到 3厘米寬，小到可以懸停在指尖。對于高質(zhì)量圖象的顯示問題，Smalley教授表示，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教授之前的導師，麻省理工學院的 Michael Bove教授評價到:“其他版本的體顯示使用的是更大的‘屏幕’，而且一旦你的手指插進去，你的手指就會被砍掉?！?
現(xiàn)在，Smalley教授所能投影的圖像還比較小，呈現(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(shù)可以應用到現(xiàn)實，融入到人們的日常生活。
