Layar Plasma 3D di Udara yang Bisa Disentuh, Dibuat dengan Laser Femtodetik (2015)

• Layar plasma terinduksi laser yang mengionisasi molekul udara untuk membuat titik bercahaya didemonstrasikan sebagai citra 3D di udara yang cukup aman untuk disentuh dengan tangan berkat penggunaan laser femtodetik
• Metode yang ada memindai voxel yang terbentuk di fokus laser inframerah puluhan ribu hingga ratusan ribu kali per detik, tetapi burst plasma skala nanodetik memiliki energi yang cukup besar untuk membakar kulit
• Fairy Lights dari para peneliti University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology, dan University of Tokyo menurunkan risiko kerusakan kulit dengan pulsa berdurasi puluhan femtodetik
• Mereka menilai tidak ada kerusakan kulit yang terlihat kecuali titik yang sama disinari sekali setiap 1 milidetik selama 2.000 milidetik, dan sistem dirancang untuk mematikan plasma dalam 17ms ketika pengguna menyentuh voxel
• Ruang demonstrasinya sangat kecil, hanya 8㎣, tetapi menunjukkan resolusi spasial-temporal hingga 200.000 voxel per detik, dan dinilai dapat diperluas menjadi layar yang lebih besar dengan perangkat optik lain

---

Cara membuat piksel nyata di udara

• Layar 3D di udara sudah lama muncul dalam fiksi ilmiah, tetapi banyak teknologi holografik yang ada lebih mirip cara mengakali batasan seperti sudut pandang dengan ilusi optik
• Layar plasma terinduksi laser mengionisasi molekul udara untuk membuat titik bercahaya di ruang nyata, sehingga lebih dekat dengan piksel sungguhan yang melayang di udara
• Sebagai contoh teknologi yang sudah ada, diperkenalkan layar dari perusahaan Jepang Aerial Burton
  • Voxel yang bersinar terang adalah hasil molekul udara terionisasi di fokus laser inframerah yang melepaskan energi berlebih sebagai foton putih kebiruan
  • Karena plasma tidak bertahan lama, laser memindai volume di udara dengan cepat sambil terus membuat voxel berumur pendek secara berurutan

Batas keamanan plasma nanodetik

• Layar plasma terinduksi laser yang ada dapat menembakkan laser puluhan ribu hingga ratusan ribu kali per detik untuk membuat voxel skala nanodetik
• Burst plasma skala nanodetik pun menyimpan energi yang cukup besar, sehingga orang yang melewati bagian dalam layar bisa mengalami luka bakar
• Secara visual, teknologi ini dapat membuat citra di udara, tetapi inilah alasan pengguna sulit berinteraksi langsung dengan tangan

Pendekatan laser femtodetik Fairy Lights

• Para peneliti dari University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology, dan University of Tokyo menggunakan laser femtodetik dalam sistem Fairy Lights
• Setiap voxel dibuat dengan laser yang berdenyut selama puluhan femtodetik
  • 1 femtodetik adalah seperkuadriliun dari 1 detik
• Pada durasi pulsa yang sangat pendek seperti ini, mereka menilai kerusakan kulit yang jelas tidak terjadi kecuali titik yang sama disinari sekali setiap 1 milidetik selama 2.000 milidetik
• Fairy Lights menjaga waktu paparan jauh di bawah ambang ini

Sentuhan dan umpan balik haptik

• Pembeda Fairy Lights adalah plasma yang dihasilkan dapat disentuh
• Ketika jari menyentuh plasma, cahayanya menjadi lebih terang, dan perubahan ini dapat digunakan sebagai sinyal untuk mengetahui ada tidaknya kontak
• Ketika pengguna menyentuh voxel, voxel plasma tersebut dimatikan dalam satu frame demi keamanan
  • Satu frame adalah 17ms, atau 1/60 detik
  • Ini jauh lebih pendek daripada 2.000ms yang disebut sebagai waktu paparan berbahaya
• Saat menyentuh voxel plasma, muncul gelombang kejut, sehingga jari dapat merasakan impuls seolah cahaya memiliki wujud fisik
• Makalah tersebut menempatkan penyelidikan rinci tentang karakteristik sensasi haptik plasma melalui kontrol spasial-temporal presisi di luar cakupannya

Ruang demonstrasi kecil dan kemungkinan perluasan

• Layar yang terlihat dalam foto dan video sangat kecil, dengan ruang kerja hanya 8㎣
• Resolusi spasial-temporalnya relatif tinggi, mencapai hingga 200.000 voxel per detik
• Frame rate citra bergantung pada jumlah voxel yang diperlukan untuk citra yang ingin ditampilkan
• Agar berguna sebagai produk konsumen, layar harus dibuat lebih besar
• Dengan menggunakan perangkat optik lain, perluasan dinilai memungkinkan

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Saya mengalami kerusakan ringan pada salah satu mata akibat pekerjaan laser yang sedikit melampaui batas aman, dan baru menyadarinya beberapa tahun kemudian
  Karena itu saya sama sekali tidak ingin berada di dekat laser tanpa pelindung yang cukup kuat untuk mengionisasi udara

  • Sepenuhnya setuju
    Membayangkan situasi ketika orang harus memakai kacamata pelindung las agar tidak buta karena iklan 3D dari proyektor tiruan murah dengan regulasi longgar yang menembak ke arah wajah di jalan saja sudah mengerikan
  • Sepertinya saya pernah mengalami hal serupa dengan LED
    Ada sensasi aneh bahwa area kecil tepat di dekat pusat fokus sulit terlihat, dan saya ingat setelah dulu menangani LED putih, ada perasaan ganjil di mata selama beberapa hari
  • Artikel ini adalah artikel dari 9 tahun lalu, jadi mungkin tidak banyak kemajuan karena alasan yang disebutkan di atas
  • Saya penasaran pekerjaan seperti apa itu
    Ingin bertanya apakah itu proses industri seperti pembersihan atau pemotongan, atau pekerjaan menembakkan laser di meja eksperimen fisika/rekayasa

• Kalau mengikuti penjelasan para peneliti, meski durasi pulsa sangat singkat, menembakkannya ke titik yang sama sekali setiap 1 milidetik selama 2 detik bisa menyebabkan kerusakan kulit, jadi saya terpikir bahwa dengan pengaturan yang cukup keliru, alat ini mungkin bisa melelehkan orang

  • Mungkin lebih mirip mengukir daripada melelehkan
    Ukuran titiknya kecil dan laju penghilangan materialnya juga rendah, jadi memang tidak menyenangkan, tetapi sepertinya tidak sampai memutuskan jari
  • Ungkapannya cukup janggal
    Saya bingung apakah maksudnya pulsa 1 ms setiap 2 detik
  • Kalau ini benar-benar perangkat yang bisa membunuh orang, saya jadi penasaran berapa harga zero-day untuk perangkat itu

• Teknologi ini muncul dalam percakapan baru-baru ini, jadi saya mencari tahu bagaimana nasibnya sekarang, tetapi yang saya temukan hanya artikel sekitar musim panas 2015 dan hampir tidak ada materi substansial setelah itu
  Ada banyak alasan mengapa ini tidak praktis dalam berbagai situasi, tetapi teknologinya sendiri tampak menjanjikan
  Saya ingin membaca detail tentang mengapa ini tampaknya menghilang, apakah itu omong kosong berlebihan atau memang benar-benar tidak praktis

  • Kalau pergi ke laboratorium di lantai satu gedung fisika universitas, besar kemungkinan ada laser femtodetik terbentang di atas meja optik yang memenuhi sebagian besar ruangan
    Intinya adalah fiber laser seharga sekitar 250 ribu dolar, tetapi biasanya ada banyak peralatan lain yang terpasang di sana
    Laser femtodetik medis sekitar 400 ribu dolar, dan https://crstoday.com/articles/2014-sep/pricing-the-laser-cat... kisaran harga seperti ini mungkin salah satu alasan mengapa sulit tersebar luas
  • Teknologi ini tampaknya masih mungkin hidup di bidang militer: https://patents.google.com/patent/US20200041236A1/
    US Navy mengajukan paten pada 2018 untuk proyektor umpan plasma yang dipasang pada jet, dan saya rasa ada jauh lebih banyak aplikasi yang tidak berhasil saya temukan
  • Banyak UFO yang dulu dilaporkan orang mungkin adalah ini, dan ada kemungkinan militer mengambilnya

• Penjelasan bahwa ini adalah display plasma terinduksi laser yang membuat titik bercahaya dengan mengionisasi molekul udara mengingatkan saya pada kolom Daedalus di bagian belakang New Scientist dulu
  Kolom itu biasanya membahas penemuan aneh dan keren yang kemungkinan tidak praktis, dan salah satunya adalah ide lampu jalan yang menembakkan sepasang laser ultraviolet dari kedua sisi jalan agar berpotongan di udara
  Frekuensi kedua laser dibuat sedikit berbeda sehingga muncul beat berfrekuensi rendah di titik perpotongan, lalu jika frekuensi itu disesuaikan dengan energi eksitasi molekul seperti oksigen, oksigen akan memancarkan cahaya
  Penemuan lain yang saya ingat adalah mengendalikan pertumbuhan kayu dengan hormon tanaman agar bisa menumbuhkan kursi berlengan, meja, bahkan rumah, tanpa membutuhkan lem atau gergaji

  • Pengendalian pertumbuhan kayu dengan cara seperti itu adalah tema yang cukup umum dalam fantasi, biasanya terkait kaum elf
    Tree singing dalam Wheel of Time juga bisa menjadi contoh
    Dari sudut pandang penyerapan karbon dioksida, itu cukup keren, tetapi jika kayu tidak mendapat tegangan yang sesuai selama tumbuh, furnitur atau rumah yang dibuat seperti itu kemungkinan mudah patah
  • Belum lama ini saya juga berpikir apakah kayu yang ditumbuhkan di laboratorium seperti daging kultur juga mungkin dibuat
    Bisa juga membayangkan pohon hasil rekayasa genetika yang tumbuh dalam dimensi tertentu seperti pohon Minecraft

• Saya teringat cerita beberapa tahun lalu bahwa militer AS meneliti teknologi untuk menakut-nakuti orang dengan bola plasma yang menjerit
  Karena itu juga muncul lelucon bahwa CIA ingin memakai teknologi ini agar kaum ekstremis agama tampak seolah-olah sedang diajak bicara oleh Tuhan
  https://newstarget.com/2018-04-24-u-s-military-creating-non-...

• Saya ingat perangkat seperti ini sangat bising sampai terasa memekakkan telinga karena bola plasma terus terbentuk di udara
  Begitulah kesannya dalam demonstrasi lama

  • Dalam makalah plasma/laser, tertulis 77,2 dB pada jarak yang sangat tidak masuk akal dekatnya, yaitu 22 mm
    Kebisingan latarnya 55,7 dB, dan ada di halaman 9 http://arxiv.org/pdf/1506.06668v1
    Mendekatkan kepala ke seluruh display yang sedang beroperasi sepertinya tidak menyenangkan, apalagi jika kebisingannya meningkat mengikuti resolusi dan kecerahan
    Menarik juga melihat seberapa cepat kebisingannya berkurang menurut jarak
    Pada volume seperti itu, kurang lebih berada di antara audio rumah, penyedot debu, dan suara lalu lintas jalan tol, jadi masih bisa ditahan tetapi tidak menyenangkan

• Saya ingat IO2 Heliodisplay sekitar tahun 2007
  Sekarang situsnya tampaknya sudah mati
  Ada penjelasan bahwa “display bergaya holografik ini bekerja dengan memproyeksikan gambar 2D ke awan tetesan air halus”
  https://www.techpowerup.com/forums/threads/io2-launches-%E2%...

  • Saya mengikuti teknologi ini cukup lama karena benar-benar keren untuk ukuran awal 2000-an ketika pertama kali diperkenalkan, tetapi akhirnya tampaknya tidak ada banyak kemajuan
    Awalnya mereka cukup menyembunyikan fakta bahwa mereka menggunakan uap air, mungkin karena khawatir orang akan mengira itu hanya proyeksi ke layar tetesan air, dan mereka memberi kesan seolah ada teknologi laser terarah
    Namun tetap saja, air dibutuhkan
    Jika menebak mengapa tidak berhasil mendapatkan momentum, mungkin mereka tidak bisa mengendalikan biaya atau tidak mampu meningkatkan kecerahan secara memadai, tetapi itu murni dugaan

• Mewujudkan ini dengan aman cukup sulit
  Untuk membuat breakdown isolasi udara dengan laser femtodetik inframerah dibutuhkan kepadatan energi yang besar
  Mereka mungkin menggerakkan berkas ke arah xy dengan galvo scanner, tetapi untuk mendapatkan intensitas yang diperlukan, bidang fokus juga harus dipindahkan
  Jika diproyeksikan dari jarak sejauh mobil, aperture numeriknya menjadi rendah sehingga diperlukan daya yang besar, dan mungkin itulah sebabnya dijalankan pada 1 kHz
  Untuk teknologi tahun 2015, kemungkinan kombinasinya adalah laser titanium-sapphire 80 fs, galvo, dan lensa Optotune
  Alasan ini tidak digunakan luas adalah karena sangat sulit membuatnya aman bagi mata

• Saya juga selalu sama penasarannya dengan teknologi yang dipakai dalam video misterius berjudul Laser Induced Plasma Channel yang diunggah ke YouTube sekitar 15 tahun lalu
  Itu tampak seperti senjata penolak akses yang menggunakan laser femtodetik untuk memandu busur listrik melintasi koridor, terasa seperti pelepasan Taser sepanjang beberapa meter yang lurus secara tidak masuk akal
  Video itu tidak memiliki penjelasan dan komentar juga tidak dijawab; pengunggahnya baru-baru ini menghapusnya, tetapi tampaknya masih ada unggahan ulang di DailyMotion dari 9 tahun lalu
  [1] https://www.dailymotion.com/video/x31ovvi

• Jika Anda tertarik dengan proyek ini, proyek serupa yang sama kerennya dari Voxon Photonics juga layak dilihat
  Sudah bisa dibeli sekarang dan tingkat keamanannya juga lebih tinggi
  [0]: https://voxon.co/