Metapowierzchnia tworzy dziesiątki hologramów naraz. Ekrany mogą przejść prawdziwą rewolucję
Przyzwyczailiśmy się do tego, że ekran musi wyglądać jak to, co znamy od lat. Mamy LCD, OLED-y, Mini LED i kolejne generacje paneli, które próbują zaoferować lepszy kontrast, wyższą jasność oraz większą częstotliwość odświeżania. Tymczasem naukowcy coraz śmielej eksperymentują z rozwiązaniami, w których obraz nie jest już po prostu efektem świecenia milionów pikseli. Jednym z najbardziej interesujących kierunków są programowalne metapowierzchnie, czyli niezwykle cienkie struktury zaprojektowane tak, aby precyzyjnie manipulować falami.
Zamiast pikseli mamy precyzyjne sterowanie falami
Sama idea metapowierzchni brzmi trochę jak coś wyjętego z filmu science fiction, ale stoją za nią bardzo konkretne zjawiska fizyczne. Zamiast klasycznych pikseli otrzymujemy tysiące mikroskopijnych elementów, których właściwości można kontrolować. Odpowiednie sterowanie pozwala zmieniać sposób, w jaki fala odbija się od powierzchni, dzięki czemu można kształtować jej front i doprowadzić do powstania określonego obrazu holograficznego.
W tym przypadku kluczowe okazało się jednak coś jeszcze. Badacze nie wykorzystali wyłącznie przestrzennego rozmieszczenia elementów, ale również czas. Metapowierzchnia była przełączana według specjalnie opracowanych sekwencji, a padająca na nią fala o jednej częstotliwości była rozdzielana na wiele harmonicznych. Każda z nich mogła nieść inną informację, dzięki czemu jedna struktura była w stanie obsługiwać wiele holograficznych kanałów jednocześnie. Za projektowanie tych wzorów odpowiadał algorytm ST-GS, będący czasoprzestrzenną wersją algorytmu Gerchberga-Saxtona.
Sam eksperyment nie skończył się na 62 obrazach. Naukowcy pokazali również możliwość tworzenia hologramów wykorzystujących aż 1024 kanały w postaci rozkładów punktów, a sama metapowierzchnia osiągała częstotliwość odświeżania przekraczającą 1 MHz oraz równoważną przepustowość kodowania na poziomie 6 Gb/s. Nie oznacza to oczywiście, że właśnie znaleźliśmy sposób na zastąpienie domowego monitora. Pokazuje jednak, jak ogromny potencjał może mieć równoległe przetwarzanie informacji za pomocą sterowanych powierzchni.
Wyobraźmy sobie gry na takim ''monitorze''
Kiedy czytam o możliwości jednoczesnego generowania wielu hologramów, bardzo łatwo zacząć zastanawiać się, co taka technologia mogłaby oznaczać dla gier. Oczywiście dzisiejsze komputery PC nie mogą po prostu podłączyć takiej metapowierzchni zamiast monitora, a do prawdziwego holograficznego ekranu dla graczy droga jest jeszcze bardzo długa. Sama idea otwiera jednak wyobraźnię na naprawdę interesujące scenariusze.
Wyobrażam sobie grę, w której monitor przestaje być prostokątną taflą, a cyfrowy świat zaczyna wychodzić poza jego powierzchnię. Mapa mogłaby pojawiać się jako przestrzenny model, interfejs mógłby być rozmieszczony wokół właściwej sceny, a postacie mogłyby sprawiać wrażenie obecnych przed ekranem. Jeszcze bardziej odjechany scenariusz to gry, w których różne osoby patrzą na tę samą powierzchnię i widzą inne elementy obrazu, bo urządzenie wykorzystuje wiele niezależnych kanałów. To już brzmi jak coś, co spokojnie mogłoby pojawić się w filmie science fiction.
Na razie trzeba jednak mocno stąpać po ziemi. Opisana technologia została zademonstrowana w warunkach laboratoryjnych, a przedstawione obrazy nie są odpowiednikiem pełnokolorowej, swobodnie oglądanej projekcji 3D znanej z popkultury. Holograficzne wyświetlacze wciąż mierzą się między innymi z problemami dotyczącymi pola widzenia, wydajności, rozdzielczości, przepustowości oraz możliwości szybkiego i energooszczędnego sterowania. Nawet współczesne badania nad metapowierzchniami wskazują, że do ekranów rodem z filmów science fiction nadal potrzebny jest rozwój materiałów, metod produkcji i układów sterujących.
Hologramy to dopiero początek
Najciekawsze w tym eksperymencie jest zresztą to, że gry i domowe wyświetlacze wcale nie muszą być najważniejszym zastosowaniem tej technologii. Badacze wykorzystali ją także do demonstracji śledzenia wielu celów, a w przyszłości podobne rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie w radarach, systemach obrazowania, czujnikach oraz komunikacji bezprzewodowej. Metapowierzchnia może bowiem nie tylko tworzyć obraz, ale również bardzo precyzyjnie kierować wiązki w różne miejsca.
To właśnie dlatego eksperyment z 62 hologramami jest dla mnie ciekawszy niż kolejna obietnica ''telewizora przyszłości''. Nie chodzi wyłącznie o to, żeby pewnego dnia postawić na biurku urządzenie, które wyświetli trójwymiarowego bohatera gry. Znacznie ważniejsza jest możliwość równoległego sterowania ogromną liczbą kanałów i wykorzystywania czasu jako dodatkowego wymiaru przetwarzania informacji. Zespół z Southeast University podkreśla zresztą, że kolejne prace mają zmierzać między innymi do zwiększenia możliwości sprzętu i połączenia czasoprzestrzennej holografii z kolejnymi sposobami kodowania informacji.
Nie wiemy więc, czy za kilka czy kilkanaście lat będziemy siedzieć przed komputerem bez klasycznego monitora i oglądać gry unoszące się nad biurkiem. Na razie byłoby to zdecydowanie zbyt daleko idące przewidywanie. Wiemy natomiast, że naukowcy znaleźli sposób na jednoczesne generowanie dziesiątek niezależnych hologramów z wykorzystaniem jednej programowalnej metapowierzchni. A jeśli dalszy rozwój tej technologii pójdzie w odpowiednim kierunku, granica między ekranem, projektorem, czujnikiem i urządzeniem komunikacyjnym może w przyszłości zacząć się naprawdę mocno zacierać.