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Un hologramme de lapin en 3D à l’aide d’ondes sonores et d’écran en lévitation

Avez-vous déjà rêvé de voir un hologramme 3D d’un lapin flottant dans les airs ? Eh bien, maintenant, c’est possible ! Des scientifiques de l’University College London ont récemment mis au point un moyen de faire léviter un écran à l’aide d’ondes sonores, leur permettant de projeter une image 3D d’un lapin. Pour pouvoir comprendre cette innovation, il faut au préalable comprendre le concept d’holographie acoustique et de lévitation acoustique.

Qu’est-ce que l’holographie acoustique et la lévitation acoustique ?

L’holographie acoustique à haute vitesse est une technique d’imagerie puissante qui permet d’obtenir des images détaillées d’objets. En exploitant la puissance des ondes acoustiques pour créer une image tridimensionnelle d’un objet, l’holographie acoustique à grande vitesse est devenue de plus en plus populaire dans les domaines médical, industriel et scientifique. En utilisant l’holographie acoustique à haute vitesse, les chercheurs peuvent obtenir des images d’objets avec une résolution et une précision plus élevées que jamais. Cette technologie révolutionnaire a permis aux chercheurs de mieux comprendre la structure interne d’un certain nombre d’objets et de matériaux différents. Par conséquent, l’holographie acoustique à grande vitesse a permis de mieux comprendre une variété de phénomènes naturels et artificiels.

La lévitation acoustique, qui est une technique qui utilise l’énergie mécanique du son pour faire léviter et manipuler des matériaux, a connu des avancées notables au cours de la dernière décennie grâce à l’introduction de deux techniques fondamentales : les réseaux phasés de transducteurs et l’holographie acoustique.

Le transducteur convertit un signal d’impulsion électrique de courte durée en une vibration mécanique de courte durée similaire. Cette vibration mécanique émet une onde de pression à haute fréquence, également appelée ondes sonores ou transmission ultrasonore.

Les réseaux phasés de transducteurs permettent le contrôle dynamique de réseaux denses de sources sonores (par exemple, 16 × 16 transducteurs à ultrasons), tandis que l’holographie, une technique de manipulation du front d’onde développée à l’origine en optique, a permis aux réseaux phasés de transducteurs de contrôler avec précision les champs sonores dans un espace tridimensionnel (3D). Grâce à sa capacité à faire léviter presque tous les types de matériaux, l’holographie acoustique utilisant les réseaux phasés de transducteurs a de nombreuses applications potentielles dans les domaines du laboratoire sur puce, de la biologie, de la fabrication informatique et de l’affichage en plein air. La lévitation acoustique apparaît également comme un candidat de choix pour la création d’interfaces de réalité mixte capables de fusionner de manière transparente les mondes numérique et physique, comme l’envisageait l’écran ultime d’Ivan Sutherland.

Lévitation acoustique dans des espaces contenant des objets physiques

Ainsi, Les ondes sonores ultrasoniques ont été utilisées pour faire léviter des objets dans des salles bondées afin de créer des affichages semblables à des hologrammes. Cette lévitation acoustique n’était auparavant possible que dans des espaces vides, mais un nouvel algorithme permet de réajuster rapidement les ondes sonores lorsqu’elles rencontrent un obstacle afin de maintenir l’objet en lévitation.

Les ondes sonores sont constituées de particules d’air qui se déplacent ensemble. Si elles sont manipulées de la bonne manière, elles peuvent capter et déplacer des objets. Toutefois, si les ondes sonores rencontrent un autre objet qui les reflète ou les disperse, l’objet en lévitation peut retomber.

Ryuji Hirayama, de l’University College London, et ses collègues ont déjà utilisé le son pour faire léviter des perles lumineuses et créer des formes 3D flottantes. Ils ont maintenant mis au point une technique informatique qui leur permet de faire léviter et de manipuler des objets au-dessus de surfaces bosselées ou proches d’autres objets.

Hirayama et ses collègues ont utilisé 256 petits haut-parleurs (transducteurs) disposés en grille pour faire léviter des objets à l’aide d’ondes ultrasonores de forme précise. Lorsque ces ondes sonores rencontraient des objets qui les auraient normalement dispersées, comme un mur ou une plante d’intérieur, un algorithme informatique ajustait rapidement leur forme pour maintenir la lévitation.

Les chercheurs ont démontré leur technique en imprimant en 3D un petit lapin en plastique, puis en faisant léviter des objets à proximité. Dans une expérience, ils ont fait voler des perles lumineuses autour du lapin en forme de papillon dont les “ailes” pouvaient être contrôlées par le mouvement des doigts d’un chercheur.

Ryuji Hirayama, Giorgos Christopoulos, Diego Martinez Plasencia et Sriram Subramanian, “Holographie acoustique à grande vitesse avec des objets diffusants arbitraires”, Science Advances 8, eabn7614 (2022).

Dans une autre expérience, ils ont fait léviter un morceau de tissu presque transparent au-dessus du lapin et l’ont fait tourner pendant qu’un projecteur projetait des images du lapin sur le tissu. Le résultat était un hologramme de lapin en apparence 3D qui flottait au-dessus de son homologue en plastique.

Ils ont également fait léviter une goutte de peinture au-dessus d’un verre d’eau. Ils ont ainsi montré que leur algorithme fonctionne même lorsqu’ils suspendent des objets qui peuvent changer de forme au-dessus d’une surface qui peut osciller en réfléchissant le son.

M. Hirayama précise que, jusqu’à présent, ses collègues et lui-même n’ont envisagé la lévitation acoustique que dans des espaces remplis d’objets diffusant des sons qui ne bougent pas du tout ou qui ne bougent que de manière prévisible, comme une main essayant de toucher un hologramme en lévitation. Leur prochain objectif est de perfectionner leur manipulation d’objets en l’air en utilisant le son lorsque tout ce qui se trouve dans la pièce bouge de manière inattendue et imprévue.

Selon Bruce Drinkwater, de l’université de Bristol, au Royaume-Uni, cette nouvelle technique pourrait être utilisée pour projeter des informations ayant un fort impact sur les expositions dans les musées ou les publicités. Elle pourrait également être employée en ingénierie chimique, en utilisant les ondes sonores pour mélanger des matériaux sans que personne n’ait à les toucher.

Source : ScienceAdvances

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Kamleu Noumi Emeric

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