Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре изобрели технологию отображения на экране графики, которая является одновременно видимой и тактильной, то есть её можно почувствовать с помощью прикосновения.
Экраны состоят из крошечных пикселей, которые расширяются наружу, создавая выпуклости при освещении, что позволяет отображать динамичную графическую анимацию, которую можно увидеть глазами и ощутить рукой. Эта технология может в будущем стать основой для создания визуально-тактильных сенсорных экранов высокой чёткости для автомобилей, мобильных компьютеров или интеллектуальных архитектурных стен.
Исследованием руководил Макс Линнандер, кандидат наук в лаборатории RE Touch Lab профессора машиностроения Йона Визелла. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Robotics.
Визелл предложил Линнандеру задачу, когда тот впервые прибыл в Калифорнийский университет в Санта-Барбаре в конце сентября 2021 года. «Вопрос был достаточно прост: можно ли преобразовать свет, формирующий изображение, во что-то, что можно почувствовать?» — сказал Линнандер.
«Мы не знали, осуществимо ли это», — добавил Визелл. «Вероятность того, что это невозможно, и сама идея дать людям возможность „почувствовать лёгкость“, делали этот вопрос непреодолимым».
Команда потратила почти год на тестирование своей идеи, прорабатывая теоретические основы и проводя компьютерное моделирование. Имея на руках жизнеспособную концепцию, они приступили к разработке прототипов в лабораторных условиях. Месяцы шли безрезультатно.
Затем, в декабре 2022 года, Линнандер принёс Визелл в лабораторию. «Я работал над этим целый год. Через несколько часов мне предстояло ехать в аэропорт, и я только что закончил работу над своим последним прототипом», — сказал он.
Он показал Визеллу свой простой, функциональный прототип — один пиксель, возбуждаемый короткими вспышками света небольшого диодного лазера, без какой-либо другой электроники.
«Я приложил палец к пикселю и почувствовал отчётливый тактильный импульс каждый раз, когда вспыхивал свет», — вспоминал Визелл. «Это был особенный момент — момент, когда мы поняли, что основная идея может сработать».
В основе технологии лежат тонкие поверхности дисплеев, в которых интегрированы массивы оптотактильных пикселей миллиметрового размера . Пиксели управляются индивидуально проецируемым светом маломощного лазера, что является формой оптической адресации.
Тот же источник света питает пиксели, содержащие заполненную воздухом полость и подвешенную тонкую графитовую плёнку. Плёнка поглощает падающий свет и быстро нагревается, что, в свою очередь, нагревает окружающий её воздух. Воздух расширяется, и верхняя поверхность пикселя прогибается наружу на величину до одного миллиметра, образуя хорошо заметный выступ над освещённым пикселем.
Этот процесс настолько быстр, что последовательное сканирование световым лучом множества пикселей создаёт динамическую графику — контуры, движущиеся фигуры, персонажей, — которую можно увидеть и почувствовать. Частота обновления достаточно высока, чтобы анимация выглядела и ощущалась непрерывной, как на привычных видеодисплеях.
Поскольку свет обеспечивает и освещение, и питание, дисплейные поверхности не требуют встроенной проводки или электроники. Вместо этого небольшой сканирующий лазер с высокой скоростью сканирует поверхность, освещая каждый пиксель на долю секунды.
Технология также масштабируема: команда продемонстрировала устройства с более чем 1500 независимо адресуемыми пикселями — значительно больше, чем у известных на сегодняшний день сопоставимых тактильных дисплеев, отметил Линнандер. Он добавил, что возможны и гораздо более крупные форматы, включая дисплеи, использующие современные лазерные видеопроекторы.
Исследователи также изучили, что воспринимают пользователи при взаимодействии с дисплеями. Используя тактильные ощущения, участники исследования смогли точно определить местоположение отдельных подсвеченных пикселей с точностью до миллиметра, точно воспринимать движущуюся графику и легко различать пространственные и временные закономерности.
Исследователи подчеркивают, что эти результаты указывают на то, что система способна воспроизводить широкий спектр тактильного контента.
Хотя выводы группы выделяются среди предыдущих технологий отображения, Визелл отметил, что идея превращения света в механическое действие имеет заслуживающие внимания предшественники.
В XIX веке Александр Грэм Белл и другие учёные использовали сфокусированный солнечный свет, модулированный лопастями вращающегося вентилятора, для возбуждения звука в пробирках, наполненных воздухом. Те же физические принципы, лежащие в основе оптотактильных пикселей, теперь применяются в технологии цифровых дисплеев.
Эти визуально-тактильные дисплеи могут найти применение во многих областях. Визелл предполагает, что эта технология может быть использована для создания автомобильных сенсорных экранов, имитирующих физическое управление, электронных книг с оживающими на страницах иллюстрациями и архитектурных поверхностей для смешанной реальности, объединяющих цифровой и физический миры.
Что бы ни готовило будущее, технология, изобретенная его командой, воплощает простую, интригующую идею: все, что вы видите, вы можете также почувствовать.
Автор Игорь Савин
Контакты, администрация и авторы
