Projeter des hologrammes dans les airs, et même interagir avec eux… L’idée ressemble à un vieux fantasme de science-fiction. Pourtant, elle vient de devenir bien plus tangible suite aux avancées d’une équipe de scientifiques de l’University College de Londres. Pour y parvenir, ces derniers ont amélioré une technique qui permet de faire léviter des objets grâce au contrôle des ondes ultrasons.
Sur les images de leurs expériences, on peut voir une statuette de lapin imprimée en 3D, surmontée d’une projection en trois dimensions du même animal, flottant dans les airs. Le dispositif a beau paraître anodin, il représente une petite prouesse technologique. Pas vraiment en raison de la projection en elle-même, ni même du fait qu’elle lévite. En réalité, la technologie qui permet de réaliser cet étonnant affichage existait déjà. La véritable nouveauté réside… dans la présence de la statuette de lapin. Cette affirmation étrange mérite, on le conçoit, quelques explications !
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En effet, cela fait déjà quelques années que la recherche progresse sur ce qu’on appelle la « lévitation acoustique ». Le principe en est relativement simple. Il s’agit d’utiliser la pression générée par des ondes sonores pour faire léviter des objets. En effet, les ondes sonores sont des « vibrations » qui se propagent en influant sur le milieu dans lequel elles sont émises. Elles peuvent notamment générer une pression plus ou moins forte.
Les scientifiques ont progressivement appris à calculer et créer des configurations idéales pour « modeler » les ondes sonores, de manière à pouvoir faire entrer en lévitation des objets, et même les manipuler dans les airs. En 2019, des chercheurs du Sussex avaient déjà utilisé cette méthode pour créer un système d’affichage visuel basé sur cette technologie. « Les progrès récents de l’holographie acoustique à grande vitesse ont permis des affichages volumétriques basés sur la lévitation avec des sensations tactiles et audio », explique même l’équipe de l’University College de Londres. En effet, l’utilisation de cette pression exercée sur l’air permet d’obtenir une forme de « retour tactile » sur les formes projetées.
En revanche, l’une des limites de ce système est qu’il n’était jusqu’à présent applicable que dans des espaces dépourvus de tout obstacle. En effet, en présence d’objets perturbateurs, les ondes sonores peuvent être aisément dispersées, rompant ainsi l’équilibre nécessaire au maintien et à la maîtrise de la lévitation. Cet obstacle a été partiellement levé par les recherches menées par l’équipe de l’University College de Londres. Elle a en effet créé un algorithme qui corrige la configuration des ondes sonores lorsqu’elles rencontrent un obstacle, suffisamment rapidement pour maintenir l’objet dans les airs.
10 000 ajustements par seconde
La lévitation acoustique peut donc, grâce à cette avancée, être pratiquée dans des espaces encombrés, ou au-dessus de surfaces inégales. Les scientifiques ont ainsi utilisé 256 petites enceintes disposées très précisément en grille pour produire des ultrasons taillés sur mesure pour effectuer les opérations voulues. Lorsque les ondes sonores ainsi produites rencontrent un obstacle, l’algorithme réarrange leur forme très rapidement pour leur permettre de maintenir leur cohérence. « Notre technique comporte un modèle de diffusion en deux étapes et un solveur de lévitation simplifié, qui, ensemble, peuvent réaliser plus de 10 000 mises à jour par seconde pour créer des images volumétriques au-dessus et en dessous des objets statiques diffusant le son », affirment les scientifiques.
(A) La technique permet de créer et manipuler plusieurs « pièges à lévitation » individuellement (c’est-à-dire qu’il y a 10 pièges sur la photo). (B) Des pièges peuvent être créés même sous des obstacles diffusant le son en utilisant des ondes diffusées. (C) Les matériaux qui peuvent être manipulés dans les airs comprennent à la fois des solides et des liquides (une gouttelette d’eau est en lévitation). (D) Le modèle de diffusion fonctionne également sur les surfaces de diffusion des liquides.
Aussi innocent qu’il puisse paraître, le fameux lapin évoqué au début de cet article représente donc le fameux « obstacle » qui prouve leur réussite. Dans l’une de leurs expériences, qui ne manquait pas de poésie, ils ont fait voler des « ailes » lumineuses constituées de petites billes, dont les mouvements étaient contrôlés par ceux de l’un des scientifiques.
Des « ailes » lumineuses constituées de petites billes en lévitation à côté d’un lapin imprimé en 3D. © Ryuji Hirayama et al.
Afin de tester leur capacité à afficher des images plus complexes, ils ont également fait léviter un fin tissu translucide en guise « d’écran », auquel ils ont imprimé des mouvements tout en projetant des images dessus, ce qui a permis de faire apparaître une sorte « d’hologramme » de lapin au-dessus de celui imprimé en 3D (c.f. image de couverture), qui est resté imperturbable.
Enfin, ils ont également fait léviter une goutte de liquide au-dessus d’un verre d’eau. Objectif : démontrer que leur méthode fonctionne également avec un élément déformable, au-dessus d’une surface elle-même complexe à appréhender, puisqu’elle se déforme justement sous l’effet du son. Ces tests ont globalement été concluants, mais les chercheurs soulignent que des progrès sont encore à faire concernant la gestion des obstacles mouvants. Une barrière qu’ils souhaitent logiquement abaisser, puisqu’ils imaginent bien leurs recherches être appliquées à des systèmes de projection dans des expositions, par exemple. Au-delà du divertissement et de la culture, les scientifiques évoquent aussi divers usages utiles. Il serait par exemple possible d’utiliser la lévitation acoustique dans le domaine de la chimie, pour mélanger des produits sans que personne n’ait à les toucher, ou même les approcher.
Source : Science
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