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Vieux rêve d’auteurs de science-fiction, les hologrammes constituent aujourd’hui un champ de recherche actif, et des prototypes de plus en plus perfectionnés ont vu le jour au cours des dernières années. Si la technologie n’est pas encore au point d’égaler les projecteurs holographiques de la franchise Star Wars, les ingénieurs dépassent continuellement de nouvelles limites. C’est le cas d’une technologie pseudo-holographique développée récemment, basée sur un système d’ultrasons, permettant de projeter des formes et de les toucher.

Des chercheurs du Sussex ont mis au point un appareil qui projette des objets animés en 3D pouvant interagir avec les spectateurs. Une démonstration a montré un papillon battant des ailes, un compte à rebours détaillé par des nombres suspendus dans les airs et une planète Terre en rotation et multicolore. Au-delà des signes numériques et des animations interactifs, les scientifiques souhaitent l’utiliser pour visualiser et mieux percevoir les données.

Bien que les images soient similaires, l’appareil n’est pas le genre de projecteur holographique des films Star Wars. Au lieu de cela, il utilise un champ 3D d’ondes ultrasoniques pour faire léviter une perle de polystyrène et la modeler à grande vitesse pour tracer des formes dans les airs. L’étude a été publiée dans la revue Nature.

Des images 3D crées grâce à une perle et des ultrasons

La perle de 2 mm de large bouge tellement vite, à des vitesses approchant les 29 km/h, qu’elle trace la forme d’un objet en moins d’un dixième de seconde. À une telle vitesse, le cerveau ne voit pas la perle en mouvement, mais uniquement la forme complète qu’il crée. Les couleurs sont ajoutées par des LED intégrées à l’écran, qui éclairent la perle lorsqu’elle se déplace.

protocole hologramme

Schéma décrivant le dispositif de projection utilisé, ainsi que quelques formes créées par l’appareil. Crédits : Ryuji Hirayama et al. 2019

Les images étant créées dans un espace 3D, elles peuvent être visualisées sous n’importe quel angle. Et en contrôlant soigneusement le champ ultrasonique, les scientifiques peuvent faire parler des objets ou ajouter des effets sonores et des accompagnements musicaux aux images animées. Une manipulation plus poussée du champ sonore permet aux utilisateurs d’interagir avec les objets et même de les sentir entre leurs mains.

Un pas en avant vers le divertissement visuel de nouvelle génération

Sriram Subramanian, directeur de l’équipe, explique qu’outre les panneaux numériques, l’affichage pourrait également servir à de nouvelles formes de divertissement visuel. « Disons que vous voulez créer une expérience Harry Potter. Vous pouvez tendre la main pour lancer un sort et, à mesure que vous la déplacez, vous pouvez voir et sentir une boule rougeoyante grandir dans votre paume, et nous pourrions aussi avoir un son qui en sort ».

Ryuji Hirayama, qui a participé à la construction de l’écran, indique que la fabrication d’un tel dispositif était un rêve de longue date. Mais il considère que « l’affichage de pièges acoustiques multimodaux » constitue un pas en avant vers des systèmes plus sophistiqués. « Je pense qu’à l’avenir, de tels écrans nous permettront d’interagir avec notre famille et nos amis comme s’ils étaient à proximité, afin que nous puissions les voir, les toucher et les entendre ».

Des images sonores et tactiles

Les images sont créées entre deux plaques horizontales parsemées de petits transducteurs à ultrasons. Celles-ci créent un champ sonore 3D inaudible contenant une minuscule poche d’air basse pression qui piège la perle de polystyrène.

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Déplacez la poche en modifiant légèrement la sortie des transducteurs et la perle se déplace avec elle. La version la plus élémentaire de l’affichage crée des animations couleur 3D, mais  les auteurs décrivent comment ils ont amélioré l’affichage pour produire des sons et des réponses tactiles.

formes 3d

La technologie peut créer diverses formes en 3D colorées, accompagnées de sons et d’une réponse tactile. Crédits : Ryuji Hirayama et al. 2019

Sur le même sujet : Des scientifiques ont créé des hologrammes similaires à ceux que l’on voit dans Star Wars

La parole et d’autres sons, tel qu’un accompagnement musical, ont été ajoutés en faisant vibrer la perle de polystyrène lorsqu’elle se trouvait autour de lui. Les vibrations peuvent être réglées pour produire des ondes sonores sur toute la gamme de l’audition humaine, créant par exemple une parole claire et nette. Une autre astuce rend l’affichage tactile en manipulant le champ ultrasonore pour créer un « bouton » virtuel en suspension.

Vers une technologie holographique avancée à la portée de tous

Le prototype utilise une seule perle et peut créer des images dans un cube d’air de 10 cm de largeur. Mais les affichages futurs pourraient utiliser des transducteurs plus puissants pour créer de plus grandes animations et utiliser plusieurs perles à la fois.

Subramanian a déclaré qu’un logiciel informatique existant pouvait être utilisé pour éviter que les petites perles ne se heurtent les unes aux autres, bien que la chorégraphie de l’éclairage de plusieurs perles dans les airs soit un autre problème. Si la technologie peut être améliorée, elle pourrait transformer l’impression 3D en construisant des objets à partir de minuscules gouttelettes de différents matériaux en lévitation.

« Ce qui est intéressant avec le contenu tactile, c’est qu’il a été créé en utilisant des ondes ultrasonores. Contrairement aux simples vibrations que la plupart des gens connaissent via les smartphones ou les consoles de jeux, les ultrasons se déplacent dans les airs pour créer des motifs précis contre les mains. Cela permet des expériences multimédia où les objets que vous ressentez sont aussi riches et dynamiques que ceux que vous voyez à l’écran » explique Euan Freeman, de l’Université de Glasgow.

Julie Williamson, également de Glasgow, déclare que les écrans en lévitation constituent un premier pas vers des écrans 3D réellement interactifs. « J’imagine un avenir où les affichages 3D pourront créer des expériences impossibles à distinguer des objets physiques qu’ils simulent ».

Cette vidéo récapitule les travaux des chercheurs et montrent la technologie en action :

Sources : Nature

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