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，這項新技術能夠在空間中“打印”出圖象，并可以實現快速的擦除。
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，但是其本質是通過一個個的二維平面構成;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呈現了出來。利用此項新技術，科學家們投影出了一只可在指尖上“舞蹈”的小蝴蝶，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，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
這一新技術的亮點就在于它打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。即便是全息技術領域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看到這一研究表示:“他們的做法真的太酷了。現在你可以從各個角度去觀察，而利用全息技術是不可能實現的。”
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。”不過，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的圖像。不過這一擔心是多余的，他發(fā)現利用激光的能量可以改變粒子周圍的氣壓，最終實現了粒子的穩(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，掃描設備，束縛激光構成的捕獲粒子勢井，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。”
現在，Smalley教授所能投影的圖像還比較小，呈現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實，融入到人們的日常生活。
