Ученые изобрели экран с осязаемым изображением — видео
В Калифорнийском университете в Санта-Барбаре (UCSB) разработали технологию экранной графики, которую можно не только видеть, но и чувствовать на ощупь. Пиксели нового дисплея раздуваются, зажигаясь — и это позволяет создавать динамическую графическую анимацию, доступную одновременно зрению и осязанию. В будущем технология может лечь в основу высококачественных визуально-тактильных сенсорных экранов для автомобилей, мобильных устройств или интерактивных поверхностей в архитектуре.
Идея экрана с осязаемым изображением возникла у заведующего лабораторией RE Touch в UCSB Йона Виселла. Эту непростую задачу он поставил аспиранту Максу Линнандеру, когда тот присоединился к команде в 2021 году.
«Вопрос звучал довольно просто: можно ли преобразовать свет, формирующий изображение, во что-то осязаемое?» — рассказал Линнандер.
«Мы не знали, осуществима ли эта идея, — добавил Виселл. — Но сама возможность оказаться невыполнимой — и мысль позволить людям “ощутить свет” — делали задачу любопытной».
От идеи к реализации
Почти год ушел на проверку гипотезы: прорабатывали теоретическую базу, проводили компьютерное моделирование. Получив жизнеспособную концепцию, исследователи приступили к созданию прототипов. Месяцы уходили безрезультатно. Наконец, в декабре 2022 года Линнандер пригласил Виселла в лабораторию.
«Я работал над этим год. Через несколько часов должен был уезжать в аэропорт, как раз запустил очередной прототип», — вспоминает он.
Он продемонстрировал Виселлу простой, но рабочий макет — одиночный пиксель, активируемый короткими вспышками света от небольшого лазерного диода, без какой-либо дополнительной электроники.
«Я положил палец на пиксель и отчетливо почувствовал тактильный импульс при каждой вспышке света, — говорит Виселл. — Это был особенный момент. Мы поняли, что ключевая идея работает».
Разработка описана в журнале Science Robotics. В основе ее лежат тонкие дисплейные поверхности со массивом миллиметровых оптотактильных пикселей. Каждый из них индивидуально управляется маломощным лазером — так называемая оптическая адресация.
Один и тот же источник света питает пиксели, внутри которых находятся заполненная воздухом полость и тонкая подвешенная графитовая пленка. Графит нагревается под лучом, воздушный пузырек расширяется, и пиксель разбухает на миллиметр — достаточно для осязания пальцем.
Одновременно видеть и осязать
Процесс происходит настолько быстро, что последовательное сканирование лазерным лучом по множеству пикселей позволяет формировать динамическую графику — контуры, движущиеся фигуры, символы, — которую можно одновременно видеть и ощущать на ощупь. Частота обновления достаточно высока, чтобы анимация воспринималась плавной как визуально, так и тактильно.
Поскольку свет одновременно служит и для подсветки, и для передачи энергии, дисплейным поверхностям не требуется встроенной проводки или электроники. Вместо этого небольшой сканирующий лазер быстро обегает поверхность, освещая каждый пиксель на долю секунды.
Технология масштабируема: команда уже продемонстрировала устройства с более чем 1500 независимо управляемых пикселей — что значительно превосходит показатели существующих тактильных дисплеев, хвастается Линнандер. Возможны и гораздо большие форматы, в том числе с использованием современных лазерных видеопроекторов.
Проверили на людях
Исследователи также изучили восприятие пользователей при взаимодействии с дисплеями. Участники эксперимента смогли на ощупь точно определять местоположение отдельных подсвеченных пикселей с миллиметровой точностью, уверенно распознавали движущиеся изображения и легко различали пространственные и временные паттерны.
Таким образом, эксперименты убедительно подтвердили, что система способна воспроизводить широкий спектр тактильных ощущений.
Подобные визуально-тактильные дисплеи могут найти применение в самых разных областях. Виселл предполагает, что технология позволит создавать автомобильные сенсорные экраны, имитирующие физические органы управления, электронные книги с «оживающими» на странице иллюстрациями, которые можно потрогать, а также архитектурные поверхности для смешанной реальности, стирающие границы между цифровым и физическим мирами.
Какое бы будущее ни ждало эту разработку, в ее основе лежит простая и увлекательная идея: все, что мы видим, можно и ощутить.
