- Ein laserinduziertes Plasma-Display, das durch Ionisierung von Luftmolekülen leuchtende Punkte erzeugt, wurde mit Femtosekundenlasern als so sicheres 3D-Bild in der Luft demonstriert, dass es mit der Hand berührt werden kann
- Bisherige Verfahren scannen Voxel an einem Infrarot-Laserfokus zehntausende bis hunderttausende Male pro Sekunde, doch Plasma-Bursts im Nanosekundenbereich enthalten genug Energie, um die Haut zu verbrennen
- Fairy Lights von Forschenden der University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology und University of Tokyo senkt mit Pulsen im Bereich von einigen Dutzend Femtosekunden das Risiko von Hautschäden
- Es wurde angenommen, dass ohne Bestrahlung desselben Punkts einmal pro Millisekunde über 2.000 Millisekunden hinweg keine sichtbaren Hautschäden auftreten, und das System ist so ausgelegt, dass das Plasma innerhalb von 17 ms abgeschaltet wird, wenn ein Nutzer ein Voxel berührt
- Der Demonstrationsraum ist mit 8㎣ sehr klein, zeigt aber eine raumzeitliche Auflösung von bis zu 200.000 Voxeln pro Sekunde; mit anderer Optik soll sich das zu größeren Displays erweitern lassen
Wie echte Pixel in der Luft erzeugt werden
- 3D-Displays in der Luft tauchen seit langem in der Science-Fiction auf, doch viele bisherige holografische Technologien umgehen Beschränkungen wie den Blickwinkel eher durch optische Täuschungen
- Laserinduzierte Plasma-Displays ionisieren Luftmoleküle und erzeugen dadurch leuchtende Punkte im realen Raum, also etwas, das eher echten Pixeln in der Luft entspricht
- Als Beispiel bisheriger Technik wird ein Display des japanischen Unternehmens Aerial Burton vorgestellt
- Die hell leuchtenden Voxel entstehen, weil ionisierte Luftmoleküle im Fokus eines Infrarotlasers überschüssige Energie als bläulich-weiße Photonen abgeben
- Da Plasma nicht lange bestehen bleibt, scannt der Laser schnell ein Volumen in der Luft und erzeugt fortlaufend kurzlebige Voxel
Sicherheitsgrenzen von Nanosekunden-Plasma
- Herkömmliche laserinduzierte Plasma-Displays können durch zehntausende bis hunderttausende Laserimpulse pro Sekunde Voxel im Nanosekundenbereich erzeugen
- Auch Plasma-Bursts im Nanosekundenbereich enthalten erhebliche Energie, sodass Menschen Verbrennungen erleiden können, wenn sie durch das Display greifen
- Zwar lassen sich visuell Bilder in der Luft erzeugen, doch direkte Interaktion mit der Hand ist deshalb schwierig
Der Femtosekundenlaser-Ansatz von Fairy Lights
- Forschende der University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology und University of Tokyo verwenden im System Fairy Lights Femtosekundenlaser
- Jedes Voxel wird von einem Laser erzeugt, der über einige Dutzend Femtosekunden pulst
- 1 Femtosekunde ist ein Billionstel einer Sekunde
- Bei einer so kurzen Pulsdauer wurde eingeschätzt, dass keine deutlichen Hautschäden entstehen, solange derselbe Punkt nicht einmal pro Millisekunde über 2.000 Millisekunden hinweg bestrahlt wird
- Fairy Lights hält die Expositionszeit deutlich unter diesem Schwellenwert
Berührung und haptisches Feedback
- Das Besondere an Fairy Lights ist, dass das erzeugte Plasma berührt werden kann
- Wenn ein Finger das Plasma berührt, wird das Licht heller; diese Veränderung kann als Signal für eine Berührung genutzt werden
- Berührt ein Nutzer ein Voxel, wird das betreffende Plasma-Voxel aus Sicherheitsgründen innerhalb eines Frames abgeschaltet
- Ein Frame entspricht 17 ms, also 1/60 Sekunde
- Das ist deutlich kürzer als die als schädliche Expositionszeit genannten 2.000 ms
- Beim Berühren eines Plasma-Voxels entsteht eine Stoßwelle, sodass der Finger einen Impuls spüren kann, als hätte das Licht eine physische Präsenz
- Das Paper betrachtet eine detaillierte Untersuchung der haptischen Eigenschaften von Plasma durch präzise raumzeitliche Steuerung nicht als Teil seines Umfangs
Kleiner Demonstrationsraum und Skalierbarkeit
- Das auf Fotos und im Video gezeigte Display ist sehr klein; der Arbeitsbereich beträgt nur 8㎣
- Die raumzeitliche Auflösung ist vergleichsweise hoch und erreicht bis zu 200.000 Voxel pro Sekunde
- Die Bildfrequenz hängt von der Anzahl der für das darzustellende Bild benötigten Voxel ab
- Für ein nützliches Verbraucherprodukt müsste das Display größer werden
- Mit anderer Optik halten die Forschenden eine Skalierung für möglich
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Durch Laserarbeiten, die leicht über den Sicherheitsgrenzwerten lagen, habe ich auf einem Auge eine leichte Schädigung davongetragen, die ich erst Jahre später bemerkte.
Deshalb möchte ich auf keinen Fall in die Nähe eines ungeschirmten Lasers, der stark genug ist, um Luft zu ionisieren.
Schon die Vorstellung, dass billige Nachbau-Projektoren mit laxer Regulierung auf der Straße 3D-Werbung in Richtung Gesichter schießen und man Schweißerschutzbrillen tragen muss, um nicht zu erblinden, ist furchtbar.
Ich habe das seltsame Gefühl, dass ich in einem kleinen Bereich direkt nahe dem Fokuszentrum schlechter sehe, und erinnere mich daran, dass meine Augen nach dem Umgang mit weißen LEDs noch tagelang ein merkwürdiges Gefühl hatten.
War es ein Industrieprozess wie Reinigen oder Schneiden, oder ging es darum, an einem Physik-/Engineering-Labortisch mit Lasern zu arbeiten?
Wenn man der Erklärung der Forschenden folgt, kann selbst bei extrem kurzer Pulsdauer Hautschaden entstehen, wenn man 2 Sekunden lang einmal pro Millisekunde auf dieselbe Stelle schießt. Das lässt mich denken, dass man bei ausreichend falschen Einstellungen auch Menschen schmelzen könnte.
Der Punkt ist klein und die Materialabtragsrate niedrig; angenehm wäre es sicher nicht, aber vermutlich würde es keinen Finger wegblasen.
Unklar, ob ein 1-ms-Puls alle 2 Sekunden gemeint ist.
Diese Technik kam neulich in einem Gespräch auf, und ich habe nachgesehen, was daraus geworden ist. Ich finde aber nur Artikel von etwa Sommer 2015 und danach keine wirklich substanziellen Informationen.
Es gibt viele Gründe, warum sie in verschiedenen Szenarien unpraktisch wäre, aber die Technologie selbst wirkte vielversprechend.
Ich würde gern genauer lesen, warum sie scheinbar verschwunden ist – ob sie Hype war oder wirklich unpraktisch.
Das Kernstück ist ein Faserlaser für etwa 250.000 Dollar, aber normalerweise hängt noch viel weitere Ausrüstung daran.
Medizinische Femtosekundenlaser kosten etwa 400.000 Dollar, und https://crstoday.com/articles/2014-sep/pricing-the-laser-cat... – diese Preisklasse könnte ein Grund sein, warum sich das schwer breit durchsetzt.
Die US Navy hat 2018 ein Patent für einen an Jets montierten Plasma-Köderprojektor angemeldet, und es dürfte noch weit mehr Anwendungen geben, die ich nicht gefunden habe.
Die Beschreibung eines laserinduzierten Plasmadisplays, das Luftmoleküle ionisiert und so leuchtende Punkte erzeugt, erinnert mich an die frühere Daedalus-Kolumne hinten im New Scientist.
Sie behandelte meist seltsame, coole Erfindungen, die wahrscheinlich nicht praktikabel waren. Eine davon war die Idee für Straßenlaternen, bei der von beiden Straßenseiten Paare von UV-Lasern abgefeuert werden, die sich in der Luft kreuzen.
Die Frequenzen der beiden Laser sollten leicht unterschiedlich sein, sodass am Kreuzungspunkt eine niederfrequente Schwebung entsteht; wenn diese Frequenz auf die Anregungsenergie von Molekülen wie Sauerstoff abgestimmt wird, würde der Sauerstoff Licht emittieren.
Eine andere Erfindung, an die ich mich erinnere, war, das Wachstum von Holz mit Pflanzenhormonen so zu steuern, dass Sessel, Tische oder sogar Häuser wachsen – ganz ohne Klebstoff oder Säge.
Tree Singing aus Wheel of Time könnte ebenfalls ein Beispiel sein.
Aus Sicht der CO₂-Bindung wäre das ziemlich cool, aber wenn das Holz während des Wachstums nicht passend belastet wird, dürften solche Möbel oder Häuser leicht auseinanderbrechen.
Man könnte sich auch gentechnisch veränderte Bäume vorstellen, die in festen Abmessungen wachsen, wie Minecraft-Bäume.
Das erinnert mich an eine Geschichte von vor ein paar Jahren, dass das US-Militär an einer Technik forscht, um Menschen mit kreischenden Plasmakugeln zu erschrecken.
Daraus entstand auch der Witz, die CIA wolle diese Technik nutzen, um religiösen Extremisten vorzugaukeln, Gott spreche zu ihnen.
https://newstarget.com/2018-04-24-u-s-military-creating-non-...
Ich erinnere mich, dass solche Geräte ohrenbetäubend laut sind, weil in der Luft ständig Plasmakugeln entstehen.
So wirkte es zumindest bei einer früheren Demo.
Das Hintergrundrauschen lag bei 55,7 dB, siehe http://arxiv.org/pdf/1506.06668v1 auf Seite 9.
Den Kopf in die Nähe eines laufenden vollständigen Displays zu halten, dürfte nicht angenehm sein, besonders wenn der Lärm mit Auflösung und Helligkeit zunimmt.
Interessant wäre, wie schnell der Schall mit der Entfernung abnimmt.
Diese Lautstärke liegt etwa zwischen Heim-Audio, Staubsauger und Autobahnverkehr – erträglich, aber nicht erfreulich.
Ich erinnere mich an das IO2 Heliodisplay von etwa 2007.
Die Website scheint inzwischen tot zu sein.
Es wurde beschrieben als: „Dieses Display im holografischen Stil funktioniert, indem es 2D-Bilder auf eine Wolke winziger Wassertröpfchen projiziert.“
https://www.techpowerup.com/forums/threads/io2-launches-%E2%...
Anfangs wurde die Tatsache, dass Wasserdampf verwendet wurde, ziemlich verschleiert, wohl damit die Leute nicht dachten, es sei nur eine Projektion auf eine Wassertröpfchen-Leinwand; stattdessen vermittelte man den Eindruck, es gebe irgendeine gerichtete Lasertechnik.
Wasser brauchte es aber trotzdem.
Wenn ich raten müsste, warum es keinen Schwung bekam, dann wohl, weil sie die Kosten nicht in den Griff bekamen oder die Helligkeit nicht hoch genug treiben konnten – aber das ist reine Spekulation.
So etwas sicher umzusetzen, ist ziemlich schwierig.
Um mit einem infraroten Femtosekundenlaser einen Luftdurchbruch zu erzeugen, braucht man eine erhebliche Energiedichte.
Vermutlich haben sie den Strahl mit Galvo-Scannern in x- und y-Richtung bewegt, aber um die nötige Intensität zu erreichen, muss man auch die Fokusebene mitbewegen.
Wenn man aus einiger Entfernung von einem Auto aus projiziert, sinkt die numerische Apertur, sodass beträchtliche Leistung nötig ist; deshalb lief es wahrscheinlich mit 1 kHz.
Für Technik von 2015 war es vermutlich eine Kombination aus 80-fs-Titan-Saphir-Laser, Galvos und Optotune-Linse.
Der Grund, warum das nicht breit genutzt wird, ist, dass es sehr schwer ist, es augensicher zu machen.
Ich habe mich auch immer ähnlich über die Technik in einem rätselhaften YouTube-Video von vor etwa 15 Jahren mit dem Titel Laser Induced Plasma Channel gewundert.
Es sah aus wie eine Area-Denial-Waffe, die mit einem Femtosekundenlaser elektrische Lichtbögen über einen Flur hinweg leitete – wie eine meterlange, absurd gerade Taser-Entladung.
Das Video hatte keine Erklärung, in den Kommentaren gab es keine Antwort, und der Uploader hat es kürzlich gelöscht, aber ein Reupload auf DailyMotion von vor 9 Jahren scheint noch verfügbar zu sein.
[1] https://www.dailymotion.com/video/x31ovvi
Wenn dich dieses Projekt interessiert, lohnt sich auch ein Blick auf das ähnlich coole Projekt von Voxon Photonics.
Es ist heute kaufbar und deutlich sicherer.
[0]: https://voxon.co/