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