Створено тривимірний дисплей з левитуючими «електронними чорнилом»

Британські фізики з університетів Сассекса і Брістоля розробили дисплей з акустично левітованими пікселями, що діють за принципом електронних чорнил. Подібні пристрої забезпечують контроль над положенням пікселів у просторі і теоретично дозволяють демонструвати чотиримірні дані. Свою розробку вчені представлять на конференції User Interface Software and Technology Symposium, яка проходить в ці дні в Токіо. Про це повідомляє прес-реліз Університету Сассекса.

Перші дисплеї з електронних чорнил були засновані на частинках-янусах, одна половина яких була пофарбована в білий колір, а інша - в чорний. Ці половини несуть на собі різні за знаком заряди, тому, змінюючи напруженість електричного поля всередині пікселя, можна перемикати забарвлення конкретного фрагмента дисплея з білої на чорну і навпаки.

Нова робота розширює цей підхід до створення дисплеїв, розміщуючи пікселі не в рідині, між двома електродами, а в повітрі, використовуючи для цього акустичну левітацію. Це явище ґрунтується на природі звукових хвиль - вони є хвилями коливання тиску в середовищі. Такі хвилі можуть складатися між собою, і в деяких умовах це може призвести до виникнення так званих стоячих хвиль. Якби вони були видимими, то здавалося б, що стояча хвиля лише змінює свою інтенсивність, не переміщаючись в просторі.

Якщо помістити у вузол звукової стоячої хвилі невеликий об'єкт, то під дією зовнішнього тиску він зможе чинити опір силі тяжкості Землі. З боку це буде виглядати як левітація - об'єкт зависне в повітрі.

Автори об'єднали кілька десятків джерел ультразвуку в пару масивів, розташованих один навпроти одного на строго зафіксованій відстані. Ці динаміки створювали в просторі стоячу звукову хвилю складної форми. У вузли цієї стоячої хвилі фізики помістили пінополістирольні кульки-януси, вкриті тонким шаром оксиду титану.

Завдяки покриттю ці частинки могли нести на собі електростатичний заряд, що дозволяє керувати ними за допомогою електричного поля. Для того щоб зберегти прозорість дисплея, фізики використовували в якості електродів пластини з оксиду індія-олова, прозорого провідника. Створюючи електричне поле певної конфігурації, вчені домоглися контролю над обертанням і, відповідно, перемиканням окремих пікселів.

Крім цього, автори розробили методику, що дозволяє контролювати просторове положення пікселів. Це дозволить, наприклад, використовувати дисплей для відображення багатовимірних даних, що включають три вимірювання для координат і четверте - для кольору пікселю. Швидкість зміни забарвлення пискелів, за словами вчених, достатня для демонстрації відео - на один оборот йде 38 мілісекунд (цього достатньо для демонстрації 26 кадрів на секунду).

Крім створення дисплеїв, акустична левітація може знайти застосування при роботі з об'єктами, яких з якоїсь причини не можна стосуватися, наприклад, розплавленими краплями металу або з іншими рідинами в умовах мікрогравітації. Головна складність - створення звукових полів з високою точністю. Нещодавно для цього було запропоновано використовувати 3D-друковані акустичні голограми необхідних полів.