Holografisk video för ditt hem

I ett mörkt rum i korridoren från Michael Boves kontor vid MIT:s Media Lab står en apparat med en vit skärm i storleken som en cd-juvelskrin. När Bove sitter i en stol mittemot maskinen och vrider på en strömbrytare, verkar en bild av en mänsklig bröstkorg hoppa ut några centimeter bortom skärmen. Bilden är producerad av Mark II, ett 14 år gammalt holografiskt videosystem som tar upp det mesta av rummet. Men dess livlighet är en av inspirationerna för Boves eget projekt: att ta med 3D-videoskärmar till konsument- och medicinska marknader.

Lysande bilder: Michael Bove håller i ett hologram av en tekopp.

Boves nya system, som kallas Mark III, är planerat att vara färdigt i slutet av sommaren. Den kan köras på en vanlig PC med ett grafikkort och kommer att vara tillräckligt liten för att passa ovanpå ett skrivbord. (Däremot krävde en tidigare version av Mark II hela ställ med datorer.) Även om Bove ännu inte har några tillverkningspartner, förutspår han att en produkt baserad på Mark III:s design skulle kosta bara ett par hundra dollar att tillverka och skulle kunna blivit standard på läkarmottagningar som ett sätt att visa magnetiska resonansbilder och datortomografi i 3D-detaljer. Det skulle också ligga inom prisklassen för spelare och teknikentusiaster.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2007

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Utvecklingen av holografisk video vid MIT går tillbaka till slutet av 1980-talet, då forskare satte ihop Mark I, ett proof-of-concept-system med en lågupplöst display. Men Mark I och Mark II var avsedda att aldrig lämna labbet. De var, säger Bove, högljudda, petiga och en allmän smärta i nacken att arbeta med. Och medan många forskare i USA, Japan, Korea och Storbritannien har investerat tid och pengar i holografisk video, har ingen ännu hittat ett sätt att bygga ett system som är kompakt, billigt och lätt att använda.

2004 började Bove, som är chef för Consumer Electronics Lab vid MIT, undersöka möjligheten att göra holografisk video praktisk för konsumenter. Tack vare allt kraftfullare datorer, små, ultraljusa lasrar och andra kompakta optoelektroniska enheter, säger han, är ett konsumentvänligt system nu inom räckhåll. Och, säger han, det finns mer och mer 3D-information som kickar runt och lätt kan projiceras holografiskt. Många videospel, till exempel, är nu baserade på sofistikerade 3D-modeller av den virtuella världen – modeller som måste plattas ut för 2-D-skärmar på datorer eller spelmaskiner. På liknande sätt måste 3D-data i sjukhusens stora lager av magnetiska resonansbilder och datortomografiska skanningar återges som 2D-tvärsnitt för att läkare och patienter ska kunna tolka dem.

Multimedia

• Se en demo av den optiska uppsättningen som producerar 3D-video.

Medialabbets videohologram verkar sväva över en bit frostat glas. En elektronisk enhet bakom glaset, kallad ljusmodulator, återger interferensmönster som kodar information om det avbildade objektet. Laserljus som träffar modulatorn sprider sig precis som det skulle göra om det reflekterades från föremålet i olika vinklar.

En holografisk video börjar med en beräknad 3D-modell av något rörligt föremål eller scen. Den här modellen kan tänkas ha en hel massa punkter på sin yta på olika djup som förändras över tiden, säger Bove. För att göra den modellen holografisk måste en dator räkna ut intensiteten av ljuset som skulle reflekteras från varje punkt på objektet till den punkt där betraktarens ögon kommer att vara. Du måste skapa ett diffraktionsmönster som rekonstruerar alla olika intensiteter för alla olika vinklar, säger Bove. Han fann att grafikkretsar i dagens datorer är skickliga på att göra den här typen av 3D-rendering, beräkna diffraktionsmönstren och kombinera dem till en enda videoutgång.

Efter att beräkningen är klar matas utsignalen till ljusmodulatorn. Introduktionen av en ny modulator, säger Bove, är en primär anledning till att han och hans team har kunnat krympa den holografiska inställningen. Modulatorn är en billig anordning anpassad för användning inom telekommunikation; Daniel Smalley, en doktorand i Boves labb, modifierade dess komponenter och optimerade dem för att omvandla elektriska signaler till holografiska mönster. Tidigare holografiska system använde upp till 18 separata modulatorer som var gjorda av dyra material och tog upp mycket utrymme. Den nya enheten, säger Bove, är ungefär hälften så stor som ett frimärke. Det är snabbt och kan ta emot en stor mängd data, vilket möjliggör högupplösta hologram.

När ljus från en laser eller uppsättning lasrar kommer in i modulatorn, omvandlas det till en serie diffraktionsmönster som formas och fokuseras av ett antal linser och speglar innan de når skärmen. En av fördelarna med den nya modulatorn, förklarar Bove, är att den tillåter forskarna att undvika att använda en skrymmande roterande spegel som tidigare inställningar krävde för att hålla en holografisk scen från att glida horisontellt. Den spegeln var eländet med de två tidiga generationerna av [holografisk] videovisning, säger han. Nu när det har eliminerats har Quinn Smithwick, en postdoc i labbet, listat ut hur man kan förkorta och vika systemets optiska väg så att de nödvändiga komponenterna passar in i ett utrymme som är ungefär en halv meter långt.

För närvarande använder Mark III en gaslaser inrymd i ett fotlångt rör. Men i sin slutliga version kommer den att använda en halvledarlaser så liten som ett frimärke. Bove säger att systemet kommer att projicera en monokromatisk videoscen, ungefär lika stor som en ögonblicksbild, som kommer att ha upplösningen som en vanlig tv-bild.

Medvetna om att den här typen av skärm inte skulle minska det i konsumentapplikationer, har Bove och hans team lagt upp planer för nästa generation av systemet, Mark IV. Mark IV kommer att använda en uppsättning kraftfulla röda, blå och gröna halvledarlasrar för att lysa fullfärgsvideor på en skärm som är lika stor som en datorskärm. En prototyp kan vara klar inom de närmaste åren.

Marknaden kommer naturligtvis att diktera hur snabbt, om någonsin, holografisk video tar sig in i vardagsrum eller läkarmottagningar. Om allt går bra kan det dock ge läkarna ett bättre fönster in i kroppen, låta forskare visualisera data mer exakt och hjälpa spelare att fördjupa sig djupare i virtuella världar.

Dölj