如果你是一個(gè)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(gè)萌萌噠的 R2-D2機(jī)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(xué)家們把想象向現(xiàn)實(shí)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(xiàng)研究表明，科學(xué)家們已經(jīng)想出了如何操縱空氣中幾乎看不見(jiàn)的塵埃粒子，這些粒子就像是一個(gè)個(gè)極小的屏幕，使用它們可以制作出比常規(guī)的全息更真實(shí)、更清晰的三維圖像。這項(xiàng)研究的要緊作者，楊百翰大學(xué)的電氣工程傳授 DanielSmalley表達(dá)，這項(xiàng)新技術(shù)能夠在空間中“打印”出圖象，並可以實(shí)現(xiàn)快速的擦除。
Daniel Smalley傳授與他的學(xué)生
事實(shí)上早在一個(gè)多世紀(jì)前，科學(xué)家們就差不多結(jié)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(jìn)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(gè)旋轉(zhuǎn)的玻璃片，給人一個(gè)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(guó)德比大學(xué)的物理學(xué)家、工程師 BarryBlundell表達(dá):“制作一個(gè)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(xiàng)研究差不多進(jìn)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(shí)現(xiàn)三維圖像
相關(guān)于常規(guī)的全息投影，盡管我們看到的是一個(gè)三維圖像，但是事實(shí)上質(zhì)是通過(guò)一個(gè)個(gè)的二維平面組成;而這一新技術(shù)可以說(shuō)是 2D到 3D的轉(zhuǎn)變，它將圖像直接從立體空間里出現(xiàn)了出來(lái)。使用此項(xiàng)新技術(shù)，科學(xué)家們投影出了一只可在指尖上“舞蹈”的小蝴蝶，同時(shí)也模仿出了一張與星球大戰(zhàn)場(chǎng)景里類(lèi)似的圖片。相比其他全息圖技術(shù)，這項(xiàng)新技術(shù)全息出的圖象可以說(shuō)與星球大戰(zhàn)里的炫酷場(chǎng)景最為類(lèi)似。
投影出來(lái)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(diǎn)就在于它突破了全息技術(shù)觀察角度的局限，使得人們能從各個(gè)角度清晰的看到被投影出來(lái)的圖象。即使是全息技術(shù)土地的相互競(jìng)爭(zhēng)的同行也被這一技術(shù)給帥到圈粉，羅切斯特大學(xué)的 Curtis Broadbent看到這一研究表達(dá):“他們的做法確實(shí)太酷了，F(xiàn)在你可以從各個(gè)角度去觀察，而使用全息技術(shù)是不也許實(shí)現(xiàn)的。”
圖 |科幻作品中的可以用來(lái)移動(dòng)飛船的牽引光束
Smalley傳授說(shuō)到:“這些微小的顆粒由激光進(jìn)行控制，類(lèi)似于科幻片《星際迷航》中用光束來(lái)牽引飛船一樣！辈贿^(guò)，給他啓發(fā)的是有錢(qián)任意的“鋼鐵俠”托尼斯塔克的標(biāo)志性的全息操作，但其實(shí)電影中的全息在現(xiàn)實(shí)生活中是不也許發(fā)生的，因爲(wèi)斯塔克的手臂會(huì)阻擋光路破壞掉圖像。
新方法在技術(shù)上使用激光改變粒子周?chē)沫h(huán)境因素的擾動(dòng)影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的捕獲與移動(dòng)。Smalley傳授表達(dá)他一開(kāi)始也擔(dān)心由于重力的影響會(huì)使得粒子發(fā)生下落以致無(wú)法維持住所要呈現(xiàn)的圖像。不過(guò)這一擔(dān)心是余外的，他發(fā)現(xiàn)使用激光的能量可以改變粒子周?chē)臍鈮海罱K實(shí)現(xiàn)了粒子的穩(wěn)定快速移動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，研究人員使用由透鏡控制方向的不可見(jiàn)的紫外激光，捕獲了一個(gè)纖維素粒子，並將其快速的在空間中移動(dòng)。隨後使用其他的彩色激光照亮快速移動(dòng)的粒子使其可見(jiàn)。由于粒子的速度足夠的快，因而就能夠在空間中畫(huà)出所需的圖形，相對(duì)于觀察者來(lái)說(shuō)，他們只會(huì)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?cè)诰知道它只是一個(gè)點(diǎn)，但如果它走得夠快，就能騙過(guò)我們?cè)诰的眼睛，只在眼睛裏調(diào)和出一個(gè)圖象！
新技術(shù)原理圖
使用紫外激光將粒子捕捉移動(dòng)，再使用有色光源對(duì)粒子進(jìn)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(shè)備，束縛激光組成的捕捉粒子勢(shì)井，粒子，散射光，觀察者，進(jìn)行 3D成像，束縛激光)
實(shí)驗(yàn)中的粒子在高速移動(dòng)中畫(huà)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(yùn)動(dòng)，因此需要更多的時(shí)間來(lái)制作。例如，一張地球的照片花了將近 20秒的時(shí)間，因此只有長(zhǎng)時(shí)間曝光的相機(jī)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(guān)于高質(zhì)量圖象的顯示問(wèn)題，Smalley傳授表達(dá)，可以通過(guò)一個(gè)同時(shí)運(yùn)動(dòng)的多粒子平面來(lái)克服。
指尖上的地球
Smalley傳授之前的導(dǎo)師，麻省理工學(xué)院的 Michael Bove傳授評(píng)價(jià)到:“其他版本的體顯示使用的是更大的‘屏幕’，同時(shí)一旦你的手指插進(jìn)去，你的手指就會(huì)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(lái)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(yīng)用到現(xiàn)實(shí)，融入到人們的日常生活。
