Az optikai csapdát alkalmazó kijelző (optical trap display, OTD) a hologramos képmegjelenítés mellett a másik olyan technikai újítás, amely forradalmasíthatja a kijelzők technológiáját, így a jövőben már elszakadhatunk a hagyományos kétdimenziós felületektől és úgy használhatjuk a számítógépek, vagy bármilyen más eszköz monitorát, mint Tony Stark a Vasemberben. Az adatok és képek háromdimenziós, valósághű manifesztációja könnyebbé teszi, hogy átjárást találjunk a csak papíron létező és a gyakorlatban is megvalósított tervek között és sokkal természetesebb interakciót tesz lehetővé a tervezés fázisában. Ezenkívül hasznos lehet például az oktatásban, hogy a diákok könnyebben tudják vizualizálni a tananyagot, vagy szórakoztatóbbá teheti a meetingeket is.

Egy probléma van csak a 3D megjelenítéssel, jelenleg ehhez virtuális valóság szemüveget/sisakot kell használni, valamint valamilyen gesztusvezérelt technológiára is szükség van ahhoz, hogy valóban hatásosan működjön a folyamat. Vagyis egyelőre még nem tényleges három dimenzióban kapjuk a képet, csak az eszközök közvetítik a szemünk elé ilyen formában. Ahhoz, hogy külön felszerelés nélkül is valóban háromdimenziós vizualizáció jelenjen meg előttünk, ahhoz térbeli kijelzőkre van szükség, például holografikus kijelzőkre.

A hologram, melynek koncepcióját Gábor Dénes 1947-ben, egy szép húsvéti napon alkotta meg és a görög holo (teljes) és gramm (üzenet) alapján kapta a nevét, egy kétdimenziós felületről diffrakció útján három dimenzióban, térhatással megjelenített képet jelent. Az interferenciakép (a hologram kiindulópontja) a teljes információt tartalmazza, vagyis ha egy hologramot kettévágunk, akkor is többé-kevésbé az eredeti képet kapjuk vissza két verzióban. A feltaláló a Nobel-díja átvételekor 1971-ben elmesélte a holografikus megjelenítés koncepciójának megszületéséig vezető első lépéseket, elmondása szerint akkoriban leginkább az a problémakör érdekelte, hogy hogyan is lehet elektronmikroszkóppal megfigyelni az atomokat. Az elektronképek javításának vágya vezette el ahhoz a megoldáshoz, amely a hologram kezdetét jelentette: "A problémán való hosszas tűnődés után 1947-ben egy szép húsvéti napon hirtelen rájöttem egy megoldásra, ami a 2. ábrán látható.

Miért nem készítünk rossz elektronképet, ami viszont tartalmazza a teljes információt, és amit aztán optikai eszközökkel korrigálunk?

Világos volt számomra, hogy ha egyáltalán lehetséges, akkor csak koherens elektronnyalábokkal valósítható meg, olyan elektronhullámokkal, amelyek határozott fázissal rendelkeznek[...] 1947-ben Rugbyben, Angliában dolgoztam a British Thomson-Houston Company kísérleti laboratóriumában. Szerencse, hogy a holográfia ötlete az elektronmikroszkópián keresztül jött, mert ha csak optikai holográfiára gondoltam volna, a kutatási igazgató, L.J. Davies, kifogásolhatta volna, hogy a BTH társaság elektronikai cég, és nem foglalkozik optikai kérdésekkel. De mivel testvércégünk, a Metropolitan Vickers készített elektronmikroszkópokat, engedélyt kaptam néhány optikai kísérlet végrehajtására." - mondta a fizikus beszédében, amelyet a Fizikai Szemle oldalán olvashatunk teljes terjedelmében.

A hologram ötletével később sok más kutató is foglalkozni kezdett, a Csillagok Háborúja Leia hercegnőjének holografikus kivetítése óta pedig olyan technológiává lépett elő, ami a technooptimista jövő egyik ígéretes és várva várt hozzávalója lehet, amellyel egészen futurisztikus módon tudjuk áthidalni a távolságokat és lehetőséget ad, hogy kilépjünk az unalmasan kétdimenziós képek világából. A hologram ezenkívül az információtárolást is forradalmasíthatja, erre már Gábor Dénes is felhívta a figyelmet a hetvenes években. A Microsoft 2020-ban be is jelentette a HSD Projektet, amelynek keretében holografikus adattároló eszközöket terveznek létrehozni. Ehhez egy lítiumból és nióbiumból készült kristályt két zöld fényű sugárral (az egyik a referencia miatt kell, a másik az adatokat tartalmazó sugár) világítanak meg, és interferencia mintát hoznak létre. Kiolvasni az adatokat diffrakció, fényelhajlás alkalmazásával lehet, törölni őket pedig UV fénnyel.

A hologram kijelzők eljövetele azonban mindig várat magára, demonstrációs céllal ugyan már sok cég alkalmazza, de a mindennapokban még mindig nem terjedt el igazán a technológia, kivéve a kisebb méretű, például bankkártyákon való megjelenését. Egy kicsit hasonló a helyzete, mint a fúziós reaktoroknak: mindig a közeljövőre ígérik a megvalósítását, már az előző század óta.

"Gyakran mondják, hogy a kereskedelmileg elérhető holografikus kijelzők tíz éven belül megérkeznek, de ezt a kijelentést évtizedek óta hallhatjuk."

- mondta Liang Si, az MIT kutatója, aki csapatával egy új metódus, a tenzor holográfia kifejlesztésén dolgozik, hogy a következő tíz év során már valóban elhozzák a hologramot a szélesebb közönség számára. Az ő általuk használt módszer a számítógép segítségével generálja a kivetített képet, de ez rendkívüli idő-és számításigényes feladat. Többek között ezért sem terjedhetett még el igazán ez a típusú holográfia: mivel nagy kapacitású gépeket igényel a létrehozása, ezért eddig leginkább szuperszámítógépeken futtatták ezeket a programokat. A kutatók a neurális hálózat segítségével csökkentették a feladat komplexitását, amely magának tanította meg, hogyan készítsen hologramokat a betáplált négyezer képpár megfigyelése által. A tenzor holográfia azonban még csak a kezdeti fázisban tart, így továbbra sem lehet tudni, hogy vajon mikor jön el a pillanat, amikor már nem a 'következő tíz évben', hanem éppen most alkalmazhatjuk a hologramokat a való életben is.

Van azonban a volumetrikus, vagyis térbeli megjelenítésnek egy másik ága is, ez az optikai csapdát alkalmazó kijelző (optical trap display, OTD). Ez a módszer nem azonos a hologrammal, bár külsőleg hasonlóan néz ki, de a mögötte rejlő technika más. Az optikai csapda a következőképpen működik: egy részecske szabad mozgását a fotoforetikus csapda segítségével korlátozzák, majd keresztülvezetik a tér egyes képpontjain, miközben színes lézerekkel világítják meg, hogy konzisztens látványt adjon. A látvány valójában töredezett, ahogy képpontról képpontra halad a részecske, de ezt kompenzálja az emberi látás egyik jellemzője: a látási perzisztencia, amely áthidalja a szembe érkező fényingerek közti szüneteket azáltal, hogy a fényérzet, vagyis a kép utóhatása még egy ideig megmarad a retinán. Emiatt látjuk a filmeket is folyamatos, egybefüggő mozgásnak, egymástól elkülönülő képkockák áradata helyett.

Az OTD kijelzőnek ez a tulajdonsága, vagyis, hogy az általa megjelenített 3D kép valóban háromdimenziós, ellenben a hologrammal, amely az interferencia miatt tűnik 3D-nek, az előnye és a hátránya is a technológiának: egyrészt körbejárható, valósághű képet ad, másrészt viszont 1:1 arányban tudja csak megjeleníteni a kivetített ábrákat. Emiatt, ha egy hegy képét szeretnénk megmutatni, akkor a kijelzőt is a heggyel megegyező méretűvé kellene alakítani - mondta Dan Smalley, a Brigham Young Egyetem mérnöke, aki a technológia fejlesztésével foglalkozik és nemrégen a Princess Leia projekt keretében miniatűr lézerkardokkal és a Star Trekből ismerős USS Enterprise, valamint a Klingon Hadihajó lézeres csatájával mutatta be az optikai csapda hatásosságát.

Az OTD jelentheti a térbeli kijelzők területén a holografikus megjelenítésnél is életszerűbb technikát, de csak akkor tud majd a valóságban működni, ha a kijelzők méretére megoldást találnak. A virtuális képek kivetítésének módját fejleszti Smalley és csapata, amely a mozgási parallax segítségével próbálja elérni, hogy a kijelző nagyobbnak tűnjön, mint amekkora igazából. A parallaxszal a mélységet lehet érzékeltetni úgy, hogy a különböző rétegek (a hátteret alkotó és az előtérben lévő képrétegek) késleltetve mozdulnak el, így tulajdonképpen becsapják a néző szemét, aki térhatásúnak látja a képet.

A technika előnye a hologramhoz képest, hogy sokkal kevesebb számítási kapacitást igényel, bár, ahogy korábban írtuk, az MIT tudósai is azon dolgoznak, hogy ezt a komplexitást csökkentsék a holografikus megjelenítésnél, így még kérdés, hogy melyik problémát sikerül először megoldani: az OTD kijelző problémáját, vagy a hologram számítási igényét. A térbeli kijelzők ideje mindenesetre mindenképpen izgalmasnak ígérkezik és már közeleg, talán a következő tíz évben már nem csak ígéret lesz belőle.

Ez a cikk eredetileg 2021.05.19-én jelent meg a Rakétán.

(Fotó: Pixabay, NASA, Getty Images/Jaymie Thorton)

További cikkek a témában:

Videohívás hologrammal? Eléggé úgy fest, hogy ebbe az irányba tartunk Sci-fi-be illő technológián dolgozik egy cég, a fejlesztők ugyanis éppen azt próbálják kitalálni, hogyan készíthető személyekről döbbenetesen élethű hologram: a virtuális hasonmás felveszi minden testi tulajdonságunkat, és a mi hangunkon szólal meg.
Szerelembe esni a technológiával - a japán hologramfeleség története Nem beszél vissza. Nem érkezik későn haza. Mindig kedves. Mindig udvarias. Mindig a sarokban vár. Miért is nem házasodunk mindnyájan össze a technológiával?
A PORTL nevű holografikus fülke képes olyan élethűen megjeleníteni az embereket, mintha tényleg ott lennének Nem csak az élőket, de az elhunytakat is - legalábbis ezt ígérik a fejlesztői.