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Un pas vers la visioconférence holographique
Les chercheurs ont fait un grand pas vers un système de vidéoconférence holographique qui permettrait aux gens de communiquer entre eux presque comme s'ils étaient dans la même pièce. Ils ont développé un affichage 3D en couleur qui s'actualise toutes les deux secondes, et ils l'ont utilisé pour envoyer des images en direct d'un chercheur en Californie à des collaborateurs en Arizona. Dans les années à venir, les chercheurs espèrent développer un système qui se rafraîchit à des taux vidéo standard et qui puisse rivaliser avec d'autres écrans 3D.
Hologramme vidéo : Cet affichage peut rafraîchir l'image toutes les deux secondes.
L'holographie fait les meilleurs affichages 3D parce qu'elle est la plus proche de la façon dont nous voyons notre environnement, dit Nasser Peygambarian , chaire de photonique et lasers à l'Université d'Arizona. Un hologramme est un affichage qui utilise un effet optique appelé diffraction pour produire la lumière qui serait venue d'un objet de l'image si l'objet physique était devant le spectateur. Des images holographiques semblent se projeter dans l'espace devant l'écran. En marchant autour d'une image holographique, il est possible d'y voir des objets sous différents angles.
Les hologrammes ne nécessitent pas de lunettes pour être visualisés, et contrairement à d'autres systèmes 3D sans lunettes, plusieurs personnes peuvent les utiliser simultanément sans avoir à se tenir à un endroit particulier. Mais le développement des écrans holographiques a pris du retard par rapport à celui des autres systèmes 3D en raison de la difficulté à créer des matériaux holographiques qui peuvent être rapidement réécrits pour rafraîchir l'image.
Le premier écran holographique vidéo a été réalisé au Media Lab du MIT en 1989. Le volume de l'hologramme n'était que de 25 millimètres cubes, soit plus petit qu'un dé à coudre. Depuis lors, les chercheurs ont essayé de développer des systèmes holographiques pratiques, mais se sont heurtés à des limitations pour étendre ces écrans à des tailles plus grandes. Un grand défi a été la tentative d'éliminer les composants optiques coûteux sans sacrifier le taux de rafraîchissement.
Quelques entreprises vendent des écrans 3D pour des applications médicales et de conception, mais bon nombre de ces systèmes ne produisent pas de véritables hologrammes, et ils ont tendance à être coûteux, notamment parce qu'ils sont produits en petites quantités. Certains ont besoin de lasers, d'autres d'ordinateurs puissants pour fonctionner ou de nombreux écrans empilés ensemble, dit Jennifer Colegrove , directeur des technologies d'affichage à la société de recherche industrielle DisplaySearch. Elle note qu'en 2010, de tels affichages volumétriques généreront 5 millions de dollars de revenus, un petit morceau du marché de l'affichage 3D de 1 milliard de dollars. Malgré leur coût, dit-elle, ces écrans sont encore primitifs et manquent d'une combinaison de qualité d'image, de vitesse et de taille d'affichage.
En collaboration avec Nitto Denko Technique , la branche de recherche californienne d'une entreprise japonaise, Peygambarian s'efforce d'améliorer la sophistication et le taux de rafraîchissement des écrans holographiques. Les nouveaux écrans se rafraîchissent beaucoup plus rapidement que les systèmes précédents et sont les premiers à être combinés à un système de caméra en temps réel pour afficher des images en direct plutôt que celles enregistrées à l'avance. Les nouveaux écrans sont basés sur un système de matériaux composites développé par Nitto Denko Technical. En 2008, les groupes ont produit un écran holographique rouge de quatre pouces sur quatre qui pouvait être réécrit toutes les quatre minutes. En améliorant les matériaux utilisés pour fabriquer l'affichage et le système optique utilisé pour coder les images, ils ont maintenant démontré un affichage holographique en couleur qui se rafraîchit toutes les deux secondes. Ce travail est décrit aujourd'hui dans la revue La nature .
La clé de la technologie est un composite polymère sensible à la lumière posé sur un substrat de 12 pouces par 12 pouces et pris en sandwich entre des électrodes transparentes. Le composite est disposé en régions appelées hogels qui sont l'équivalent holographique des pixels. L'écriture de données dans les hogels est complexe et de nombreux composés différents dans le composite jouent un rôle. Lorsqu'un hogel est éclairé par un motif d'interférence produit par deux faisceaux laser verts, un composé appelé sensibilisateur absorbe la lumière et les charges positives et négatives dans le sensibilisateur sont séparées. Un polymère dans le composite qui est beaucoup plus conducteur de charges positives que négatives éloigne les charges positives.
Cette séparation de charge génère un champ électrique qui à son tour modifie l'orientation des molécules de colorant rouge, vert et bleu dans le composite. Ce changement d'orientation modifie la façon dont ces molécules diffusent la lumière. C'est cette diffusion qui génère un effet 3D. Lorsque le hogel est éclairé par la lumière d'une LED, il dispersera la lumière pour constituer un point visuel dans l'hologramme.
L'écriture des données sur l'écran holographique prenait auparavant plusieurs minutes. Les chercheurs de Nikko Denko ont en partie accéléré le processus en diminuant la viscosité des colorants afin qu'ils puissent changer de position plus rapidement. Le mouvement des molécules de colorant à l'intérieur du composite est analogue au mouvement des cristaux liquides dans un affichage conventionnel, dit Joseph Perry , professeur de chimie à Georgia Tech. Un moyen d'augmenter encore la vitesse de l'affichage pourrait être de rendre ces matériaux plus semblables à des cristaux liquides, qui peuvent basculer non seulement à des vitesses vidéo, mais plus rapidement que l'œil humain est capable de détecter.
Une autre augmentation de la vitesse est venue de l'utilisation d'un laser plus rapide pour écrire les données. Pour que cela fonctionne, les chercheurs ont également dû associer le laser à des polymères dans l'écran qui pourraient répondre à ces impulsions plus rapides, en séparant les charges pour générer les champs électriques avec moins de temps de retard. Autre avancée par rapport aux travaux précédents, la société a développé un ensemble complet de molécules de colorant pour le rouge, le vert et le bleu.
Pour démontrer la vitesse relative du système, le groupe l'a utilisé comme système de téléprésence similaire aux communications holographiques utilisées dans les films de science-fiction comme Guerres des étoiles - mais beaucoup plus haché. Plusieurs caméras ont enregistré des images d'un employé de Nitto Denko ; ces images ont été traitées pour créer les données permettant d'écrire chaque hogel et envoyées au groupe en Arizona, où l'écran holographique montrait une projection en 3D de leur collaborateur californien. Maintenant, ce que nous pouvons afficher est comme un film lent, dit Peygambarian. Pour créer un système vidéo holographique, ils devront augmenter la vitesse de rafraîchissement de l'écran à au moins 30 images par seconde.
L'université et les groupes Nitto Denko travaillent avec Michel Bové au MIT sur l'amélioration de la fidélité des images. Ce qu'ils rapportent fonctionne à merveille, sans beaucoup de calcul, dit Bove. Dans l'espoir de rendre les images plus claires, Bove a développé un système permettant de restituer très rapidement une vidéo holographique sur une puce graphique informatique ordinaire.