Físicos criam projeções holográficas 3D no estilo Star Wars

Sistema de laser e partículas produze imagens em movimento tridimensionais que parecem flutuar no ar.

Daniel Smalley há muito sonhou em construir hologramas 3D que aparecem em filmes de ficção científica. Mas, ao assistir o inventor Tony Stark empurrando as mãos através da armadura corporal 3D fantasma no filme Homem de Ferro de 2008, Smalley percebeu que nunca poderia conseguir isso usando a holografia com o padrão atual para a exibição 3D de alta tecnologia, pois a mão de Stark bloquearia a fonte de luz do holograma. "Isso me irritou", diz Smalley, um físico da Universidade Brigham Young em Provo, Utah. Ele imediatamente tentou descobrir como lidar com isso. 

O time da Smalley adotou uma abordagem diferente - usando uma técnica conhecida como exibição volumétrica - para criar imagens 3D em movimento de modo que os espectadores possam ver de qualquer ângulo. Alguns físicos dizem que a tecnologia se aproxima de qualquer outra pessoa para recriar a projeção 3D da Princesa Leia pedindo ajuda no filme Star Wars de 1977. "Isso está fazendo algo que um holograma nunca pode fazer - dando-lhe uma visão geral, uma exibição de estilo Princesa Leia - porque não é um holograma", diz Miles Padgett, físico ótico da Universidade de Glasgow, no Reino Unido.

A técnica, descrita em Nature de 24 de Janeiro1, funciona mais como esboço de alta velocidade: utilizando forças transmitidas por um conjunto de feixes de laser quase invisíveis para interceptar uma única partícula - de uma fibra vegetal chamada celulose - e as aquece de forma desigual. Isso permite aos pesquisadores empurrem e puxem a celulose. Um segundo conjunto de laser projeta luz visível - vermelha, verde e azul - na partícula, iluminando-a à medida que se move através do espaço. Os seres humanos não conseguem discernir imagens a taxas mais rápidas do que cerca de 10 por segundo, então, se a partícula for movida com rapidez suficiente, sua trajetória aparece como uma linha sólida - como um sparkler movendo-se no escuro. E se a imagem muda rapidamente o suficiente, é como se ela se movesse. A exibição pode ser sobreposta em objetos reais e os espectadores podem caminhar ao redor do espaço real.

As imagens criadas até agora são pequenas, apenas milímetros. E apenas desenhos de linha simples podem ser criados às velocidades necessárias para a moda de imagens em movimento. O time conseguiu retratar um desenho de linha em espiral em movimento e o contorno estático de uma borboleta.

Esta borboleta flutuante foi criada com uma única partícula usando uma técnica conhecida como exibição volumétrica. Credencial: Grupo de Holografia de Smalley

A técnica precisa de um desenvolvimento substancial, mas é um projeto simples com enorme potencial de melhoria, diz William Wilson, pesquisador em nanotecnologia da Harvard University, em Cambridge, Massachusetts.

"É um triunfo tecnológico", diz Padgett. "Eu queria que fosse meu."

A abordagem tem muitas vantagens em relação às técnicas existentes de exibição em 3D. A tecnologia em Holograma cria imagens 3D enviando luz através de uma tela 2D que contém uma grade de difração. A grade manipula os caminhos dos raios de luz de modo que eles interferem para criar a percepção de que uma imagem tem profundidade. Os hologramas de última geração podem ser coloridos e de tamanho natural, mas, porque a luz deve sempre emergir de uma superfície 2D, o ângulo de visão é limitado. E porque a mudança de uma rede de difração à velocidade é desafiadora, os hologramas também são geralmente estáticos.

Exibições volumétricas - como o nome sugere - recriam fisicamente uma imagem no espaço 3D. A maioria dos sistemas existentes projeta imagens em uma tela 2D que gira rapidamente. Exposições mais sofisticadas - incluindo algumas feitas por pesquisadores da Universidade Keio de Tóquio que inspiraram a Smalley - usam bolas de plasma super aquecidas no espaço 3D. Mas estes atualmente podem usar apenas uma única cor. Outras abordagens utilizam hardware de realidade aumentada, como o HoloLens da Microsoft, que pode criar a ilusão de uma imagem 3D do mundo real. 

O sistema mais recente já pode criar imagens em maior resolução do que uma tela de computador convencional - até 1.600 pontos por polegada. Mas para criar imagens realistas, com imagens em movimento complexas e visualizações maiores, os físicos precisarão encontrar formas de acelerar o movimento das partículas e controlar várias delas de uma só vez.

Smalley diz que ele tem idéias sobre como abordar essas duas questões. "Se fizermos tanto progresso nos próximos quatro anos como fizemos no último, acho que teremos sucesso fazendo uma exibição de tamanho útil", diz ele.

Remanescentes fantasmagóricos

Uma desvantagem da técnica é que será difícil livrar-se da qualidade fantástica e visual das projeções, diz Nasser Peyghambarian, um físico óptico da Universidade do Arizona em Tucson. Isso porque o olho receberá luz de uma partícula na parte de trás de uma imagem tanto quanto da "frente".

As projeções de luz 3D são onipresentes em filmes de ficção científica, como nos filmes de Star Wars. A tecnologia mais recente dos físicos está chegando próximo de imitar as projeções fictícias que podem ser vistas de todas as direções. Crédito: Lucasfilm Ltd / Kobal / REX / Shutterstock

Um problema final é que, uma vez que as forças usadas para controlar as partículas são tão pequenas, o sistema é facilmente desestabilizado. Isso poderia dificultar as aplicações militares, como simular uma cena de batalha em 3D para treinar soldados, porque qualquer vento forte destruiria as partículas de suas trajetórias. Para contornar isso, diz Smalley, o sistema poderia ser feito para espalhar a luz das névoas das partículas que aparecem apenas temporariamente. 

Via: Nature