Создан трехмерный дисплей с левитирующими «электронными чернилами»

Британские физики из университетов Сассекса и Бристоля разработали дисплей с акустически левитируемыми пикселями, действующими по принципу электронных чернил. Подобные устройства обеспечивают контроль над положением пикселей в пространстве и теоретически позволяют демонстрировать четырехмерные данные. Свою разработку ученые представят на конференции User Interface Software and Technology Symposium, которая проходит в эти дни в Токио. Об этом сообщает пресс-релиз Университета Сассекса.

Первые дисплеи из электронных чернил были основаны на частицах-янусах, одна половина которых была окрашена в белый цвет, а другая — в черный. Эти половины несут на себе различные по знаку заряды, поэтому, изменяя напряженность электрического поля внутри пикселя, можно переключать окраску конкретного фрагмента дисплея с белой на черную и наоборот. 

Новая работа расширяет этот подход к созданию дисплеев, размещая пиксели не в жидкости, между двумя электродами, а в воздухе, используя для этого акустическую левитацию. Это явление основано на природе звуковых волн — они представляют собой волны колебания давления в среде. Такие волны могут складываться между собой, и в некоторых условиях это может привести к возникновению так называемых стоячих волн. Если бы они были видимыми, то казалось бы, что стоячая волна лишь изменяет свою интенсивность, не перемещаясь в пространстве. 

Если поместить в узел звуковой стоячей волны небольшой объект, то под действием внешнего давления он сможет сопротивляться силе тяжести Земли. Со стороны это будет выглядеть как левитация — объект зависнет в воздухе. 

Авторы объединили несколько десятков источников ультразвука в пару массивов, расположенных друг напротив друга на строго зафиксированном расстоянии. Эти динамики создавали в пространстве стоячую звуковую волну сложной формы. В узлы этой стоячей волны физики поместили пенополистирольные шарики-янусы, покрытые тонким слоем оксида титана. 

Благодаря покрытию эти частицы могли нести на себе электростатический заряд, позволяющий управлять ими с помощью электрического поля. Для того чтобы сохранить прозрачность дисплея, физики использовали в качестве электродов пластины из оксида индия-олова, прозрачного проводника. Создавая электрическое поле определенной конфигурации, ученые добились контроля над вращением и, соответственно, переключением отдельных пикселей. 

Помимо этого, авторы разработали методику, позволяющую контролировать пространственное положение пикселей. Это позволит, к примеру, использовать дисплей для отображения многомерных данных, включающих в себя три измерения для координат и четвертое — для цвета пикселя. Скорость изменения окраски пискелей, по словам ученых, достаточна для демонстрации видео — на один оборот уходит 38 миллисекунд (этого достаточно для демонстрации 26 кадров в секунду).

Кроме создания дисплеев, акустическая левитация может найти применение при работе с объектами, которых по какой-то причине нельзя касаться, например, расплавленными каплями металла или с другими жидкостями в условиях микрогравитации. Главная сложность — создание звуковых полей с высокой точностью. Недавно для этого было предложено использовать 3D-печатные акустические голограммы требуемых полей.

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Научное издательство Microbiology Society приостановило публикацию статей из России

Британское Микробиологическое общество (Microbiology Society), которое выпускает пять научных журналов, объявило, что останавливает работу со статьями, при подготовке которых использовалось российское бюджетное финансирование или с участием авторов, аффилированных с организациями, публично поддержавшими боевые действия на территории Украины. Эта пауза продлится до момента, когда украинские микробиологи смогут безопасно продолжить работу, говорится в заявлении совета общества.