Ученые создали 3D-дисплеи, которые можно увидеть и потрогать

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разработали технологию экранов, способных отображать динамическую графику, которую можно не только видеть, но и физически ощущать. Работа представляет тонкие оптотактильные поверхности с пикселями миллиметрового масштаба, которые поднимаются в виде ощутимых бугорков при воздействии коротких импульсов проецируемого света.

Проект стартовал в 2021 году с вопроса профессора Йона Визелла – может ли тот же свет, который создает изображение, генерировать механический отклик достаточно сильный, чтобы его можно было почувствовать? После года моделирования и неудачных прототипов Макс Линнандер из Калифорнийского университета создал работающую концепцию в конце 2022 года. Один пиксель, активируемый только вспышками небольшого диодного лазера и не содержащий встроенной электроники, генерировал четкий тактильный импульс при касании.

Полная архитектура дисплея базируется на этой разработке. Каждый пиксель состоит из небольшой воздушной полости под тонкой поверхностной мембраной и подвешенной графитовой пленки. При освещении пленка поглощает и преобразует свет в быстрое повышение температуры. Нагретый воздух под мембраной расширяется, выталкивая поверхность наружу на расстояние до миллиметра.

Этого смещения достаточно, чтобы пользователи могли определять расположение отдельных пикселей с точностью кончика пальца. Так как один и тот же лазерный луч обеспечивает питание и адресацию, панель не требует внутренней проводки. Система сканирования перемещает луч по массиву на высокой скорости, активируя пиксели один за другим и формируя непрерывные визуальные и тактильные анимации.

Команда создала массивы с более чем 1500 независимо адресуемыми пикселями – значительный прогресс по сравнению с предыдущими тактильными дисплеями, которые не могли совместить плотность, скорость и смещение. Время отклика от двух до 100 миллисекунд позволяет панелям воспроизводить плавные контуры, формы и символьные паттерны. В пользовательских тестах участники точно отслеживали движущиеся стимулы, различали пространственные расположения и воспринимали временные последовательности, созданные через последовательную активацию пикселей.

По словам исследователей, масштабируемость технологии естественным образом следует из схемы оптической адресации. Большие массивы могут управляться тем же классом компактных сканирующих лазеров, которые используются в современных проекторах. Команда также указывает на потенциальные применения в автомобильных интерфейсах, имитирующих физические элементы управления, и электронных текстах или диаграммах, которые изменяют форму под рукой читателя.

Хотя разработка пока остается прототипом, преобразуя свет в механическую деформацию с высоким разрешением, команда из Калифорнийского университета открыла путь к тактильным дисплеям, которые работают так же, как визуальные, отображая информацию в виде паттернов, доступных для изучения как глазом, так и рукой.