Un affichage plasma 3D aérien et tactile créé avec un laser femtoseconde (2015)
(spectrum.ieee.org)- Un affichage plasma induit par laser qui crée des points lumineux en ionisant les molécules de l’air a été démontré sous la forme d’images 3D aériennes suffisamment sûres pour être touchées à la main grâce à l’usage d’un laser femtoseconde
- Les approches précédentes balaient des voxels créés au foyer d’un laser infrarouge des dizaines à des centaines de milliers de fois par seconde, mais les bursts de plasma à l’échelle de la nanoseconde emportent assez d’énergie pour brûler la peau
- Fairy Lights, conçu par des chercheurs de University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology et University of Tokyo, réduit le risque de lésions cutanées grâce à des impulsions de quelques dizaines de femtosecondes
- Ils ont estimé qu’il n’y avait pas de lésion cutanée visible à moins d’irradier le même point une fois par milliseconde pendant 2 000 millisecondes, et le système est conçu pour couper le plasma en 17 ms quand l’utilisateur touche un voxel
- L’espace de démonstration est très réduit, à 8㎣, mais montre une résolution spatio-temporelle allant jusqu’à 200 000 voxels par seconde, avec la possibilité d’étendre l’affichage à une plus grande taille en utilisant d’autres dispositifs optiques
Comment créer de vrais pixels dans l’air
- Les affichages 3D aériens apparaissent depuis longtemps dans la science-fiction, mais de nombreuses technologies holographiques existantes se rapprochent davantage de méthodes qui contournent des contraintes comme l’angle de vue au moyen d’une illusion d’optique
- Un affichage plasma induit par laser crée de véritables points lumineux dans l’espace en ionisant les molécules de l’air, ce qui le rapproche de vrais pixels flottant dans l’air
- Un exemple de technologie existante présenté ici est l’affichage de l’entreprise japonaise Aerial Burton
- Les voxels qui brillent intensément sont le résultat de molécules d’air ionisées au foyer d’un laser infrarouge qui libèrent leur énergie excédentaire sous forme de photons bleu-blanc
- Le plasma ne dure pas longtemps, donc le laser balaie rapidement un volume d’air en créant en continu des voxels à très courte durée de vie
Les limites de sécurité du plasma nanoseconde
- Les précédents affichages plasma induits par laser peuvent créer des voxels à l’échelle de la nanoseconde en tirant des lasers des dizaines à des centaines de milliers de fois par seconde
- Même des bursts de plasma à l’échelle de la nanoseconde contiennent une quantité d’énergie importante, au point qu’une personne traversant l’affichage peut subir des brûlures
- Cela permet de créer visuellement des images dans les airs, mais explique pourquoi l’interaction directe à la main reste difficile pour l’utilisateur
L’approche au laser femtoseconde de Fairy Lights
- Des chercheurs de University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology et University of Tokyo utilisent un laser femtoseconde dans le système Fairy Lights
- Chaque voxel est généré par un laser pulsé pendant quelques dizaines de femtosecondes
- 1 femtoseconde correspond à un billiardième de seconde
- Avec une durée d’impulsion aussi brève, ils ont jugé qu’aucune lésion cutanée nette n’apparaissait sauf si le même point était irradié une fois par milliseconde pendant 2 000 millisecondes
- Fairy Lights maintient le temps d’exposition bien en dessous de ce seuil critique
Toucher et retour haptique
- Ce qui distingue Fairy Lights, c’est que le plasma généré peut être touché
- Quand un doigt entre en contact avec le plasma, la lumière devient plus intense, et ce changement peut servir de signal pour indiquer le contact
- Quand l’utilisateur touche un voxel, le système éteint ce voxel plasma dans une seule frame pour des raisons de sécurité
- Une frame dure 17 ms, soit 1/60 de seconde
- C’est bien plus court que les 2 000 ms présentées comme durée d’exposition nocive
- Le fait de toucher un voxel plasma génère une onde de choc, ce qui peut donner au doigt l’impression d’une impulsion comme si la lumière avait une présence physique
- L’article laisse hors de son périmètre l’étude détaillée des caractéristiques de cette sensation haptique plasma via un contrôle spatio-temporel fin
Un espace de démonstration minuscule, mais extensible
- L’affichage visible sur les photos et vidéos est très petit, avec un espace de travail de seulement 8㎣
- La résolution spatio-temporelle est relativement élevée et atteint jusqu’à 200 000 voxels par seconde
- Le framerate de l’image varie selon le nombre de voxels nécessaires à l’image à afficher
- Pour devenir utile dans un produit grand public, l’affichage devra être plus grand
- Les chercheurs estiment qu’un passage à plus grande échelle serait possible avec d’autres dispositifs optiques
1 commentaires
Avis sur Hacker News
J’ai subi une légère lésion à un œil à cause d’un travail au laser dépassant légèrement les limites de sécurité, et je ne m’en suis rendu compte que des années plus tard.
Donc je n’ai absolument aucune envie de m’approcher d’un laser non blindé assez puissant pour ioniser l’air.
Rien que d’imaginer des pubs 3D dans la rue projetées vers les visages par des projecteurs bon marché contrefaits et mal réglementés, au point qu’il faille se promener avec des lunettes de soudage pour ne pas devenir aveugle, c’est terrifiant.
J’ai cette sensation étrange d’une petite zone, juste près du centre de mise au point, que je distingue mal, et je me souviens qu’après avoir manipulé des LED blanches, il m’est resté une sensation bizarre dans les yeux pendant plusieurs jours.
Était-ce un procédé industriel comme du nettoyage ou de la découpe, ou plutôt le fait de tirer des lasers sur une paillasse de physique/ingénierie ?
D’après l’explication des chercheurs, même avec des impulsions très courtes, si l’on tire au même endroit une fois toutes les millisecondes pendant 2 secondes, cela peut endommager la peau ; j’ai donc l’impression qu’avec des réglages suffisamment mauvais, on pourrait même faire fondre quelqu’un.
La taille du point est petite et le taux d’ablation aussi ; ce ne serait pas agréable, mais probablement pas au point de faire sauter un doigt.
On ne sait pas bien si cela veut dire une impulsion de 1 ms toutes les 2 secondes.
Cette technologie est revenue récemment dans une conversation, alors j’ai cherché ce qu’elle était devenue : je n’ai trouvé que des articles autour de l’été 2015, et rien de vraiment substantiel depuis.
Il y a beaucoup de raisons pour lesquelles elle ne serait pas pratique dans divers contextes, mais la technologie elle-même semblait prometteuse.
J’aimerais lire des détails sur les raisons pour lesquelles elle semble avoir disparu : est-ce que c’était du bluff, ou était-ce vraiment impraticable ?
L’élément central est un laser à fibre d’environ 250 000 dollars, mais beaucoup d’équipements viennent généralement s’y ajouter.
Les lasers femtoseconde médicaux coûtent environ 400 000 dollars, et https://crstoday.com/articles/2014-sep/pricing-the-laser-cat... : ce niveau de prix est peut-être l’une des raisons qui empêchent une large diffusion.
L’US Navy a déposé en 2018 un brevet pour un projecteur de leurres plasma monté sur avion à réaction, et j’imagine qu’il existe beaucoup d’autres applications que je n’ai pas trouvées.
La description d’un affichage à plasma induit par laser, qui crée des points lumineux en ionisant les molécules de l’air, m’a rappelé la rubrique Daedalus qui se trouvait autrefois à la fin de New Scientist.
Elle traitait généralement d’inventions étranges et géniales, souvent peu pratiques ; l’une d’elles était une idée de lampadaire consistant à envoyer, depuis les deux côtés de la rue, une paire de lasers ultraviolets qui se croiseraient dans les airs.
Les deux lasers avaient des fréquences légèrement différentes, de sorte qu’un battement de plus basse fréquence se crée au point de croisement ; si cette fréquence correspondait à l’énergie d’excitation de molécules comme l’oxygène, l’oxygène émettait de la lumière.
Une autre invention dont je me souviens consistait à contrôler la croissance du bois avec des hormones végétales pour faire pousser des fauteuils, des tables, voire des maisons, sans colle ni scie.
Le tree singing de Wheel of Time peut aussi servir d’exemple.
Du point de vue de la séquestration du dioxyde de carbone, ce serait assez formidable, mais si le bois ne subit pas les contraintes appropriées pendant sa croissance, les meubles ou maisons ainsi produits risquent de se casser facilement.
On peut aussi imaginer des arbres génétiquement modifiés qui poussent selon des dimensions prédéfinies, comme les arbres de Minecraft.
Cela me rappelle qu’il y a quelques années, l’armée américaine étudiait une technologie destinée à effrayer les gens avec des sphères de plasma hurlantes.
Cela avait aussi donné lieu à la blague selon laquelle la CIA voudrait utiliser cette technologie pour faire croire à des extrémistes religieux que Dieu leur parle.
https://newstarget.com/2018-04-24-u-s-military-creating-non-...
Je me souviens que ce genre d’appareil est assourdissant, car des sphères de plasma se forment en continu dans l’air.
C’est l’impression que donnait une vieille démonstration.
Le bruit de fond était de 55,7 dB, et c’est à la page 9 de http://arxiv.org/pdf/1506.06668v1.
Mettre la tête près d’un affichage complet en fonctionnement ne doit pas être très agréable, surtout si le bruit augmente avec la résolution et la luminosité.
Il serait intéressant de voir à quelle vitesse le bruit diminue avec la distance.
À ce volume, on est quelque part entre une chaîne hi-fi domestique, un aspirateur et le bruit du trafic autoroutier : supportable, mais pas plaisant.
Je me souviens de l’IO2 Heliodisplay vers 2007.
Le site semble mort aujourd’hui.
La description disait : « cet affichage de style holographique fonctionne en projetant des images 2D sur un nuage de fines gouttelettes d’eau ».
https://www.techpowerup.com/forums/threads/io2-launches-%E2%...
Au début, ils cachaient assez bien le fait qu’ils utilisaient de la vapeur d’eau, probablement de peur que les gens pensent qu’il ne s’agissait que d’une projection sur un écran de gouttelettes ; ils entretenaient l’impression qu’il y avait une sorte de technologie laser directionnelle.
Mais il fallait quand même de l’eau.
Si je devais deviner pourquoi ça n’a pas décollé, je dirais qu’ils n’ont pas réussi à maîtriser les coûts ou à obtenir une luminosité suffisante, mais ce n’est qu’une supposition.
Mettre en œuvre cela de manière sûre est assez difficile.
Pour provoquer un claquage de l’air avec un laser femtoseconde infrarouge, il faut une densité d’énergie importante.
Ils déplaçaient probablement le faisceau en xy avec un scanner galvanométrique, mais pour obtenir l’intensité nécessaire, il faut aussi déplacer le plan focal.
Si l’on projette à une certaine distance depuis une voiture, l’ouverture numérique devient faible, ce qui nécessite une puissance considérable ; c’est probablement pour cela qu’ils tournaient à 1 kHz.
Avec la technologie de 2015, c’était sans doute une combinaison laser titane-saphir 80 fs, galvanomètres et lentille Optotune.
La raison pour laquelle ce n’est pas largement utilisé, c’est qu’il est très difficile de rendre cela sûr pour les yeux.
Je me suis toujours posé des questions similaires sur la technologie utilisée dans une mystérieuse vidéo YouTube intitulée Laser Induced Plasma Channel, mise en ligne il y a environ 15 ans.
Cela ressemblait à une arme de déni d’accès guidant des arcs électriques au-delà d’un couloir avec un laser femtoseconde, comme une décharge de Taser d’un mètre de long et absurdement droite.
La vidéo ne contenait aucune explication, les commentaires n’avaient pas reçu de réponse, et l’uploadeur l’a récemment supprimée, mais il semble qu’il reste une remise en ligne sur DailyMotion datant d’il y a 9 ans.
[1] https://www.dailymotion.com/video/x31ovvi
Si ce projet vous intéresse, le projet tout aussi cool de Voxon Photonics vaut aussi le détour.
On peut l’acheter aujourd’hui et il est plus sûr.
[0] : https://voxon.co/