จอแสดงผลพลาสมากลางอากาศ 3D ที่สัมผัสได้ สร้างด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที (2015)

 (spectrum.ieee.org)
1 คะแนน โดย GN⁺ 2024-05-16 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • จอแสดงผลพลาสมาที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ ซึ่งทำให้โมเลกุลในอากาศแตกตัวเป็นไอออนเพื่อสร้างจุดเรืองแสง ถูกสาธิตเป็นภาพ 3D กลางอากาศที่ปลอดภัยพอให้สัมผัสด้วยมือได้ โดยใช้เลเซอร์เฟมโตวินาที
  • วิธีเดิมสแกน voxel ที่เกิดขึ้น ณ จุดโฟกัสของเลเซอร์อินฟราเรดหลายหมื่นถึงหลายแสนครั้งต่อวินาที แต่พลาสมาบёрสต์ระดับนาโนวินาทีมีพลังงานสูงพอที่จะทำให้ผิวหนังไหม้ได้
  • Fairy Lights ของทีมนักวิจัยจาก University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology และ University of Tokyo ลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของผิวหนังด้วยพัลส์ระดับหลายสิบเฟมโตวินาที
  • ประเมินว่าจะไม่เกิดความเสียหายต่อผิวหนังที่สังเกตเห็นได้ หากไม่ฉายไปยังจุดเดิมซ้ำทุก 1 มิลลิวินาทีเป็นเวลา 2,000 มิลลิวินาที และออกแบบให้ปิดพลาสมาภายใน 17ms เมื่อผู้ใช้สัมผัส voxel
  • พื้นที่สาธิตมีขนาดเล็กมากเพียง 8㎣ แต่ให้ความละเอียดเชิงเวลา-พื้นที่ได้สูงสุด 200,000 voxel ต่อวินาที และมองว่าสามารถขยายเป็นจอแสดงผลที่ใหญ่ขึ้นได้หากใช้อุปกรณ์ออปติกอื่น

วิธีสร้างพิกเซลจริงในอากาศ

  • จอแสดงผล 3D กลางอากาศปรากฏในนิยายวิทยาศาสตร์มานานแล้ว แต่เทคโนโลยีโฮโลกราฟิกเดิมจำนวนมากใกล้เคียงกับการอ้อมข้อจำกัดอย่างมุมมองด้วย ภาพลวงตาทางออปติก มากกว่า
  • จอแสดงผลพลาสมาที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์สร้างจุดเรืองแสงในพื้นที่จริงโดยทำให้โมเลกุลในอากาศแตกตัวเป็นไอออน จึงใกล้เคียงกับ พิกเซลจริง ที่ลอยอยู่กลางอากาศ
  • มีการยกตัวอย่างจอแสดงผลของบริษัทญี่ปุ่น Aerial Burton เป็นกรณีของเทคโนโลยีเดิม
    • voxel ที่ส่องสว่างจ้าเป็นผลจากโมเลกุลอากาศที่แตกตัวเป็นไอออน ณ จุดโฟกัสของเลเซอร์อินฟราเรด ปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาเป็นโฟตอนสีน้ำเงินอมขาว
    • พลาสมาไม่ได้คงอยู่ได้นาน เลเซอร์จึงสแกนปริมาตรในอากาศอย่างรวดเร็วและสร้าง voxel ที่มีอายุสั้นต่อเนื่องกัน

ขีดจำกัดด้านความปลอดภัยของพลาสมาระดับนาโนวินาที

  • จอแสดงผลพลาสมาที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์แบบเดิมสามารถยิงเลเซอร์หลายหมื่นถึงหลายแสนครั้งต่อวินาทีเพื่อสร้าง voxel ระดับนาโนวินาที ได้
  • แม้พลาสมาบёрสต์ระดับนาโนวินาทีก็ยังมีพลังงานมากพอสมควร หากคนเดินผ่านเข้าไปในจอแสดงผล อาจถูกลวกไหม้ได้
  • ในแง่ภาพสามารถสร้างภาพกลางอากาศได้ แต่เหตุผลนี้เองที่ทำให้ผู้ใช้โต้ตอบโดยตรงด้วยมือได้ยาก

แนวทางเลเซอร์เฟมโตวินาทีของ Fairy Lights

  • นักวิจัยจาก University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology และ University of Tokyo ใช้ เลเซอร์เฟมโตวินาที ในระบบ Fairy Lights
  • voxel แต่ละจุดถูกสร้างด้วยเลเซอร์ที่ปล่อยพัลส์เป็นเวลาหลายสิบเฟมโตวินาที
    • 1 เฟมโตวินาทีคือหนึ่งในพันล้านล้านของ 1 วินาที
  • ทีมประเมินว่า ภายใต้ระยะเวลาพัลส์ที่สั้นมากเช่นนี้ จะไม่เกิดความเสียหายต่อผิวหนังอย่างชัดเจน ตราบใดที่ไม่ฉายไปยังจุดเดิมซ้ำทุก 1 มิลลิวินาทีเป็นเวลา 2,000 มิลลิวินาที
  • Fairy Lights รักษาเวลาการรับแสงให้อยู่ต่ำกว่าเกณฑ์นี้อย่างเพียงพอ

การสัมผัสและฟีดแบ็กสัมผัส

  • จุดแตกต่างของ Fairy Lights คือ สามารถสัมผัสพลาสมาที่สร้างขึ้นได้
  • เมื่อนิ้วสัมผัสพลาสมา แสงจะสว่างขึ้น และการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถใช้เป็นสัญญาณบอกว่ามีการสัมผัสหรือไม่
  • เมื่อผู้ใช้สัมผัส voxel ระบบจะปิด voxel พลาสมานั้นภายในหนึ่งเฟรมเพื่อความปลอดภัย
    • หนึ่งเฟรมคือ 17ms หรือ 1/60 วินาที
    • ซึ่งสั้นกว่า 2,000ms ที่เสนอไว้ว่าเป็นเวลารับแสงที่เป็นอันตรายอย่างมาก
  • เมื่อสัมผัส voxel พลาสมา จะเกิด คลื่นกระแทก ทำให้นิ้วอาจรู้สึกถึงแรงกระตุกเหมือนกับว่าแสงมีตัวตนทางกายภาพ
  • บทความวิจัยระบุว่าการสำรวจรายละเอียดคุณลักษณะของความรู้สึกสัมผัสจากพลาสมาผ่านการควบคุมเชิงเวลา-พื้นที่อย่างละเอียดอยู่นอกขอบเขตของงานนี้

พื้นที่สาธิตขนาดเล็กและความเป็นไปได้ในการขยาย

  • จอแสดงผลที่เห็นในภาพและวิดีโอมีขนาดเล็กมาก โดยพื้นที่ทำงานมีเพียง 8㎣
  • ความละเอียดเชิงเวลา-พื้นที่ค่อนข้างสูง สูงสุดถึง 200,000 voxel ต่อวินาที
  • เฟรมเรตของภาพขึ้นอยู่กับจำนวน voxel ที่จำเป็นสำหรับภาพที่ต้องการแสดง
  • หากจะให้มีประโยชน์ในฐานะผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค จอแสดงผลต้องมีขนาดใหญ่ขึ้น
  • ทีมมองว่าสามารถขยายได้หากใช้อุปกรณ์ออปติกอื่น

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-05-16
ความคิดเห็นบน Hacker News

  • ดวงตาข้างหนึ่งของผมได้รับความเสียหายเล็กน้อยจาก การทำงานกับเลเซอร์ ที่เกินขีดจำกัดความปลอดภัยไปนิดหน่อย และเพิ่งมารู้เอาหลายปีให้หลัง
    ดังนั้นผมไม่มีทางอยากเข้าใกล้ เลเซอร์ที่ไม่มีฉากกั้น ซึ่งแรงพอจะทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออนได้เด็ดขาด

    • เห็นด้วยอย่างยิ่ง
      แค่จินตนาการว่าต้องเดินใส่ แว่นนิรภัยสำหรับงานเชื่อม เพื่อไม่ให้ตาบอด เพราะโฆษณา 3D จากโปรเจกเตอร์เลียนแบบราคาถูกที่กฎระเบียบหละหลวมยิงเข้าหน้าคนบนถนน ก็สยองแล้ว
    • ผมเหมือนเคยเจอเรื่องคล้ายกันกับ LED
      มีความรู้สึกแปลก ๆ ว่ามองไม่ค่อยเห็นบริเวณเล็ก ๆ ตรงใกล้จุดกึ่งกลางโฟกัสพอดี และจำได้ว่าหลังจากเคยจัดการกับ LED สีขาว อยู่หลายวัน ดวงตาก็ยังมีความรู้สึกประหลาด ๆ ค้างอยู่
    • บทความนี้เป็น บทความเมื่อ 9 ปีก่อน ดังนั้นคงแทบไม่มีความคืบหน้าเพราะเหตุผลที่พูดถึงข้างต้นนั่นแหละ
    • อยากรู้ว่าเป็นงานประเภทไหน
      อยากถามว่าเป็น กระบวนการอุตสาหกรรม อย่างการทำความสะอาดหรือการตัด หรือเป็นงานยิงเลเซอร์บนโต๊ะทดลองฟิสิกส์/วิศวกรรม

  • ถ้าอธิบายตามที่นักวิจัยบอก แม้เวลาพัลส์จะสั้นมาก แต่ถ้ายิงไปยังจุดเดิม ทุก ๆ 1 มิลลิวินาที เป็นเวลา 2 วินาที ก็อาจทำให้ผิวหนังเสียหายได้ แปลว่าถ้าตั้งค่าผิดพอ ก็อาจถึงขั้นละลายคนได้เลย

    • น่าจะเป็น การสลัก มากกว่าการละลาย
      ขนาดจุดเล็กและอัตราการเอาวัสดุออกก็ต่ำ คงไม่ใช่เรื่องสนุก แต่ไม่น่าถึงขั้นทำให้นิ้วขาดหายไป
    • สำนวนนี้ค่อนข้างชวนงง
      ไม่แน่ใจว่าหมายถึง พัลส์ 1ms ทุก ๆ 2 วินาที หรือเปล่า
    • ถ้ามันเป็นอุปกรณ์ที่ฆ่าคนได้จริง ๆ ก็อดสงสัยไม่ได้ว่า ซีโร่เดย์ สำหรับอุปกรณ์นี้จะมีราคาเท่าไร

  • เทคโนโลยีนี้เพิ่งถูกพูดถึงในบทสนทนาเมื่อเร็ว ๆ นี้ ผมเลยลองค้นดูว่าตอนนี้เป็นอย่างไรบ้าง แต่เจอแค่ข่าวช่วงประมาณฤดูร้อนปี 2015 และหลังจากนั้นก็หาเอกสารที่เป็นสาระไม่ได้เลย
    คงมีเหตุผลมากมายที่ทำให้มันใช้จริงไม่ได้ในหลายสถานการณ์ แต่ตัวเทคโนโลยีเองดูมีอนาคต
    อยากอ่านรายละเอียดว่าทำไมมันถึงดูเหมือนหายไป ว่าเป็นแค่ คำคุยโว หรือไม่ก็ใช้งานจริงไม่ได้จริง ๆ

    • ถ้าไปที่ห้องแล็บชั้นหนึ่งของอาคารฟิสิกส์ในมหาวิทยาลัย ก็มีโอกาสสูงที่จะเห็น เลเซอร์เฟมโตวินาที วางอยู่บนโต๊ะออปติกที่กินพื้นที่แทบทั้งห้อง
      หัวใจหลักคือไฟเบอร์เลเซอร์ราคาประมาณ 250,000 ดอลลาร์ แต่โดยปกติจะมีอุปกรณ์อีกมากมายต่อพ่วงอยู่ด้วย
      เลเซอร์เฟมโตวินาทีสำหรับการแพทย์มีราคาประมาณ 400,000 ดอลลาร์ และ https://crstoday.com/articles/2014-sep/pricing-the-laser-cat... ระดับราคานี้อาจเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ทำให้แพร่หลายได้ยาก
    • เทคโนโลยีนี้ดูมีแนวโน้มว่ายังมีชีวิตอยู่ในแวดวงทหาร: https://patents.google.com/patent/US20200041236A1/
      US Navy ยื่นสิทธิบัตรโปรเจกเตอร์เป้าล่อพลาสมาที่ติดตั้งบนเครื่องบินไอพ่นในปี 2018 และผมคิดว่าน่าจะมีการประยุกต์ใช้อีกมากที่ผมหาไม่เจอ
    • UFO จำนวนมากที่ผู้คนเคยแจ้งเห็นอาจเป็นสิ่งนี้ และกองทัพอาจเอาไปแล้วก็ได้

  • พอเห็นคำอธิบายว่าเป็นจอแสดงผลพลาสมาที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ ซึ่งสร้างจุดเรืองแสงด้วยการทำให้โมเลกุลอากาศแตกตัวเป็นไอออน ก็นึกถึงคอลัมน์ Daedalus ที่เคยอยู่ท้าย ๆ นิตยสาร New Scientist
    คอลัมน์นั้นมักพูดถึงสิ่งประดิษฐ์แปลก ๆ เท่ ๆ ที่ส่วนใหญ่คงใช้งานจริงไม่ได้ หนึ่งในนั้นคือไอเดียไฟถนนที่ยิงเลเซอร์อัลตราไวโอเลตเป็นคู่จากสองฝั่งถนนให้ตัดกันกลางอากาศ
    โดยทำให้ความถี่ของเลเซอร์ทั้งสองต่างกันเล็กน้อย เพื่อให้เกิดบีตความถี่ต่ำที่จุดตัด แล้วถ้าปรับความถี่นั้นให้ตรงกับพลังงานกระตุ้นของโมเลกุลอย่างออกซิเจน ออกซิเจนก็จะเปล่งแสง
    อีกสิ่งประดิษฐ์ที่จำได้คือการควบคุมการเจริญเติบโตของไม้ด้วยฮอร์โมนพืช เพื่อให้โตเป็นเก้าอี้นวม โต๊ะ หรือแม้แต่บ้าน โดยไม่ต้องใช้กาวหรือเลื่อย

    • การทำ การควบคุมการเจริญเติบโตของไม้ แบบนั้นเป็นแนวคิดที่พบได้ค่อนข้างบ่อยในแฟนตาซี และมักเกี่ยวกับพวกเอลฟ์
      tree singing ใน Wheel of Time ก็อาจเป็นตัวอย่างได้
      ในแง่การกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ก็ค่อนข้างเจ๋ง แต่ถ้าไม้ไม่ได้รับแรงเค้นที่เหมาะสมระหว่างเติบโต เฟอร์นิเจอร์หรือบ้านที่สร้างแบบนั้นก็คงแตกหักได้ง่าย
    • ไม่นานมานี้ผมเคยคิดว่าไม้ที่เพาะในแล็บแบบเดียวกับ เนื้อเพาะเลี้ยง จะเป็นไปได้ไหม
      นึกภาพต้นไม้ดัดแปลงพันธุกรรมที่โตตามขนาดที่กำหนด เหมือนไม้ใน Minecraft ได้เหมือนกัน

  • นึกถึงเรื่องเมื่อหลายปีก่อนที่ว่ากองทัพสหรัฐฯ กำลังวิจัยเทคโนโลยีสำหรับขู่คนด้วย ลูกบอลพลาสมาที่ส่งเสียงกรีดร้อง
    เลยมีมุกว่า CIA จะใช้เทคโนโลยีนี้ทำให้พวกสุดโต่งทางศาสนาดูเหมือนพระเจ้ากำลังพูดกับพวกเขา
    https://newstarget.com/2018-04-24-u-s-military-creating-non-...

  • ผมจำได้ว่าอุปกรณ์แบบนี้ เสียงดังแสบแก้วหู เพราะมีลูกบอลพลาสมาเกิดขึ้นในอากาศตลอดเวลา
    จากเดโมเก่า ๆ ให้ความรู้สึกแบบนั้น

    • ดูจากเปเปอร์พลาสมา/เลเซอร์ ระบุว่าอยู่ที่ 77.2dB ในระยะใกล้อย่างเหลือเชื่อคือ 22mm
      เสียงรบกวนพื้นหลังอยู่ที่ 55.7dB และอยู่หน้า 9 ของ http://arxiv.org/pdf/1506.06668v1
      ถ้าเอาหัวไปใกล้จอทั้งชุดตอนทำงานคงไม่น่าสบาย และยิ่งถ้าเสียงดังขึ้นตามความละเอียดกับความสว่างก็ยิ่งเป็นแบบนั้น
      น่าสนใจว่าความดังลดลงเร็วแค่ไหนตามระยะทาง
      ระดับเสียงประมาณนั้นอยู่ระหว่างเครื่องเสียงในบ้าน เครื่องดูดฝุ่น และเสียงจราจรบนทางหลวง พอทนได้แต่ไม่สนุก

  • จำ IO2 Heliodisplay ได้ ราวปี 2007
    ตอนนี้ดูเหมือนเว็บจะตายไปแล้ว
    มีคำอธิบายว่า “จอแสดงผลสไตล์โฮโลกราฟิกนี้ทำงานโดยฉายภาพ 2D ลงบนเมฆหยดน้ำขนาดเล็ก”
    https://www.techpowerup.com/forums/threads/io2-launches-%E2%...

    • ผมติดตามมันอยู่นาน เพราะตามมาตรฐานช่วงต้นทศวรรษ 2000 ตอนเปิดตัวครั้งแรกมันเป็นเทคโนโลยีที่เท่มาก แต่ท้ายที่สุดก็ดูเหมือนไม่คืบหน้าเท่าไร
      ตอนแรกพวกเขาค่อนข้างปิดบังข้อเท็จจริงเรื่อง การใช้ไอน้ำ เพราะกลัวคนจะคิดว่ามันเป็นแค่การฉายภาพลงบนจอหยดน้ำ และทำให้ดูเหมือนมีเทคโนโลยีเลเซอร์แบบมีทิศทางอะไรสักอย่าง
      แต่ถึงอย่างไรก็ยังต้องใช้น้ำอยู่ดี
      ถ้าให้เดาว่าทำไมมันไปต่อไม่ได้ อาจเป็นเพราะคุมต้นทุนไม่ได้ หรือเพิ่มความสว่างให้พอไม่ได้ แต่ก็เป็นแค่การคาดเดา

  • การทำให้อุปกรณ์แบบนี้ปลอดภัยค่อนข้างยาก
    การสร้างการทะลุผ่านฉนวนของอากาศด้วย เลเซอร์เฟมโตวินาที อินฟราเรดต้องใช้ความหนาแน่นพลังงานสูงมาก
    พวกเขาอาจใช้กัลวาโนสแกนเนอร์ขยับลำแสงในทิศทาง xy แต่เพื่อให้ได้ความเข้มที่ต้องการ ก็ต้องขยับระนาบโฟกัสไปด้วย
    ถ้าฉายจากระยะห่างจากรถ ค่ารูรับแสงเชิงตัวเลขจะต่ำลงและต้องใช้กำลังสูงมาก จึงอาจเป็นเหตุผลที่รันที่ 1kHz
    ถ้าเป็นเทคโนโลยีปี 2015 ก็น่าจะเป็นการผสมกันระหว่างเลเซอร์ไทเทเนียม-แซฟไฟร์ 80fs, กัลวาโน และเลนส์ Optotune
    เหตุผลที่มันไม่ถูกใช้อย่างแพร่หลายคือ ทำให้ปลอดภัยต่อดวงตาได้ยากมาก

  • ผมสงสัยเทคโนโลยีที่ใช้ในวิดีโอลึกลับชื่อ Laser Induced Plasma Channel ซึ่งเคยอยู่บน YouTube เมื่อราว 15 ปีก่อนแบบเดียวกันมาตลอด
    มันดูเหมือนอาวุธปฏิเสธการเข้าถึงที่ใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีนำอาร์กไฟฟ้าข้ามโถงทางเดิน และให้ความรู้สึกเหมือนการปล่อยไฟฟ้าของ Taser ที่ตรงอย่างไม่น่าเชื่อยาวเป็นเมตร
    ในวิดีโอไม่มีคำอธิบาย และคอมเมนต์ก็ไม่มีคำตอบ ช่วงหลังผู้อัปโหลดลบไปแล้ว แต่ดูเหมือนยังมีวิดีโอที่อัปโหลดซ้ำบน DailyMotion เมื่อ 9 ปีก่อนอยู่
    [1] https://www.dailymotion.com/video/x31ovvi

  • ถ้าสนใจโปรเจกต์นี้ โปรเจกต์ที่เท่คล้ายกันของ Voxon Photonics ก็น่าดู
    ตอนนี้ซื้อได้แล้วและปลอดภัยกว่ามาก
    [0]: https://voxon.co/