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Un paso hacia la videoconferencia holográfica
Los investigadores han dado un gran paso hacia un sistema de videoconferencia holográfica que permitiría a las personas comunicarse entre sí casi como si estuvieran en la misma sala. Han desarrollado una pantalla tridimensional a todo color que se actualiza cada dos segundos y la han utilizado para enviar imágenes en directo de un investigador en California a colaboradores en Arizona. En los próximos años, los investigadores esperan desarrollar un sistema que se actualice a velocidades de video estándar y pueda competir con otras pantallas 3-D.
Holograma de video: Esta pantalla puede actualizar la imagen cada dos segundos.
La holografía crea las mejores pantallas 3D porque es lo más parecido a cómo vemos nuestro entorno, dice Nasser Peygambarian , presidente de fotónica y láseres en la Universidad de Arizona. Un holograma es una pantalla que utiliza un efecto óptico llamado difracción para producir la luz que habría venido de un objeto en la imagen si el objeto físico estuviera frente al espectador. Las imágenes holográficas parecen proyectarse en el espacio frente a la pantalla. Al caminar alrededor de una imagen holográfica, es posible ver objetos en ella desde diferentes ángulos.
Los hologramas no requieren lentes para ver y, a diferencia de otros sistemas 3-D sin lentes, varias personas pueden usarlos simultáneamente sin tener que pararse en un lugar en particular. Pero el desarrollo de las pantallas holográficas se ha quedado atrás del de otros sistemas 3-D debido a la dificultad de crear materiales holográficos que puedan reescribirse rápidamente para actualizar la imagen.
La primera pantalla holográfica de video se realizó en el Media Lab del MIT en 1989. El volumen del holograma era de solo 25 milímetros cúbicos, más pequeño que un dedal. Desde entonces, los investigadores han estado tratando de desarrollar sistemas holográficos prácticos, pero se han encontrado con limitaciones para escalar estas pantallas a tamaños más grandes. Un gran desafío ha sido el intento de eliminar costosos componentes ópticos sin sacrificar la frecuencia de actualización.
Algunas empresas venden pantallas 3D para aplicaciones médicas y de diseño, pero muchos de estos sistemas no producen verdaderos hologramas y tienden a ser costosos, sobre todo porque se producen en pequeñas cantidades. Algunos necesitan láseres, otros necesitan computadoras potentes para funcionar o muchas pantallas apiladas juntas, dice Jennifer Colegrove , director de tecnologías de visualización en la firma de investigación de la industria DisplaySearch. Ella señala que en 2010, tales pantallas volumétricas generarán $ 5 millones en ingresos, una pequeña porción del mercado de pantallas 3-D de $ 1 mil millones. A pesar de su costo, dice, estas pantallas siguen siendo primitivas y carecen de una combinación de calidad de imagen, velocidad y tamaño de pantalla.
En colaboración con Nitto Denko Technical , el brazo de investigación de una empresa japonesa con sede en California, Peyghambarian ha estado trabajando para mejorar la sofisticación y la frecuencia de actualización de las pantallas holográficas. Las nuevas pantallas se actualizan significativamente más rápido que los sistemas anteriores y son las primeras en combinarse con un sistema de cámara en tiempo real para mostrar imágenes en vivo en lugar de las grabadas con anticipación. Las nuevas pantallas se basan en un sistema de materiales compuestos desarrollado por Nitto Denko Technical. En 2008, los grupos produjeron una pantalla holográfica roja de cuatro por cuatro pulgadas que podía reescribirse cada cuatro minutos. Al mejorar los materiales utilizados para hacer la pantalla y el sistema óptico utilizado para codificar las imágenes, ahora han demostrado una pantalla holográfica a todo color que se actualiza cada dos segundos. Este trabajo se describe hoy en la revista Naturaleza .
La clave de la tecnología es un compuesto de polímero que responde a la luz en capas sobre un sustrato de 30 x 30 cm y se intercala entre electrodos transparentes. El compuesto está organizado en regiones llamadas hogels que son el equivalente holográfico de los píxeles. Escribir datos en los hogels es complejo y muchos compuestos diferentes en el compuesto juegan un papel. Cuando un hogel es iluminado por un patrón de interferencia producido por dos rayos láser verdes, un compuesto llamado sensibilizador absorbe la luz y las cargas positivas y negativas en el sensibilizador se separan. Un polímero en el compuesto que es mucho más conductor de cargas positivas que negativas elimina las cargas positivas.
Esta separación de carga genera un campo eléctrico que a su vez cambia la orientación de las moléculas de tinte rojo, verde y azul en el compuesto. Este cambio de orientación cambia la forma en que estas moléculas dispersan la luz. Es esta dispersión la que genera un efecto 3D. Cuando el hogel se ilumina con luz de un LED, dispersará la luz para formar un punto visual en el holograma.
Escribir los datos en la pantalla holográfica solía llevar varios minutos. Parte de la forma en que los investigadores de Nikko Denko aceleraron el proceso fue disminuir la viscosidad de los materiales de tinte para que puedan cambiar de posición más rápidamente. El movimiento de las moléculas de tinte dentro del compuesto es análogo al movimiento de los cristales líquidos en una pantalla convencional, dice Joseph Perry , profesor de química en Georgia Tech. Un camino para aumentar aún más la velocidad de la pantalla podría ser hacer que estos materiales se parezcan más a cristales líquidos, que pueden cambiar no solo a velocidades de video sino más rápido de lo que el ojo humano es capaz de detectar.
Otro aumento en la velocidad provino del uso de un láser más rápido para escribir los datos. Para que esto funcione, los investigadores también tuvieron que emparejar el láser con polímeros en la pantalla que pudieran responder a estos pulsos más rápidos, separando las cargas para generar los campos eléctricos con menos tiempo de retraso. En otro avance con respecto al trabajo anterior, la compañía ha desarrollado un conjunto completo de moléculas de tinte para rojo, verde y azul.
Para demostrar la velocidad relativa del sistema, el grupo lo utilizó como un sistema de telepresencia similar a las comunicaciones holográficas utilizadas en películas de ciencia ficción como Guerra de las Galaxias —Pero mucho más picado. Varias cámaras grabaron imágenes de un empleado de Nitto Denko; estas imágenes se procesaron para crear los datos para escribir cada hogel, y se enviaron al grupo en Arizona, donde la pantalla holográfica mostraba una proyección en 3-D de su colaborador de California. Ahora lo que podemos mostrar es como una película lenta, dice Peyghambarian. Para crear un sistema de video holográfico, deberán aumentar la velocidad de actualización de la pantalla a al menos 30 cuadros por segundo.
La universidad y los grupos Nitto Denko están trabajando con Michael Bove en el MIT sobre la mejora de la fidelidad de las imágenes. Lo que están informando funciona a la perfección, sin muchos cálculos, dice Bove. Con la esperanza de que las imágenes sean más claras, Bove ha desarrollado un sistema para renderizar videos holográficos muy rápidamente en un chip de gráficos de computadora ordinario.