만지고 들리는 3D 홀로그램 구현… 초음파로 부유 입자 제어해 시각·청각·촉각 동시 제공

초음파 트랩 디스플레이로 다중감각 홀로그램 실현

기존 홀로그래픽 디스플레이는 안경 없이 3D 시각 콘텐츠 생성 가능하지만 응답 시간과 잔상 효과 능력 제한적입니다.

이제 서식스대와 도쿄과학대 연구자들이 시각뿐 아니라 청각, 촉각 3D 콘텐츠 제공하는 애니메이션 3D 홀로그램 개발했습니다.

구체적으로 초음파파 이용한 부유 체적 디스플레이(levitating volumetric display) 시연했습니다. '다중모달 음향 트랩 디스플레이(MATD, multimodal acoustic trap display)'라 부릅니다. 시스템이 입자 음향적으로 트랩하고 RGB 빛으로 비춰 색상 제어합니다.

구성

셋업은 두 개 초음파 트랜스듀서 어레이로 구성돼 음파 생성해 직경 2mm 폴리스티렌 비드 부양·제어합니다.

동시 청각·촉각 콘텐츠 전달 위해 MATD는 세컨더리 트랩과 시간 다중화(time multiplexing), 진폭 변조(amplitude modulation), 위상 최소화(phase minimization) 사용.

비드 수평·수직 방향 각각 최대 3.75m/s, 8.75m/s 속도 이동해 기존 광학·음향 홀로그래픽 기술보다 우수한 입자 조작 능력 보입니다.

LED가 비드에 적·녹·청 빛 비추면 비드가 3차원 물체 모양 추적합니다. 비드 이동하며 급변하는 LED 조명이 디스플레이에 색 생성.

비드 속도가 인간 눈 추적보다 빨라 관람객은 완성된 3차원 형상 봅니다. 광학 착시(뇌 속여 2D 물체 3D로 인식하게) 없음.

홀로그래픽 이미지 실제 3D 공간 존재하므로 모든 각도에서 품질 저하 없이 볼 수 있습니다. 더 중요하게, 기술 눈 피로 유발 안 함.

참고: Nature | DOI:10.1038/s41586-019-1739-5

시각 효과 생성 외 트랜스듀서들 비드 진동시켜 음파 생성. 이 진동 조정해 가청 전역 음파 생성 가능. 즉 움직이는 비드가 말하는 얼굴 이미지 생성하면서 작은 스피커 역할도 해 얼굴이 말하게 할 수 있음.

초음파로 디스플레이 촉각화도 가능. 예: 관람객 손 홀로그래픽 이미지 충분히 가까이 대면 나비 날개짓 느낄 수 있음.

이미지 출처: Nature

이 연구 개발 프로토타입 10cm 폭 공기 큐브 내 이미지 생성 가능. 요약하면 체적 디스플레이에 더 가까워지며 가상 콘텐츠 완전한 감각 재현 제공.

향후 전망

근 미래 더 강력한 트랜스듀서로 더 큰 애니메이션 생성하고 다중 비드 사용 가능하지만, 다중 비드 조명 안무 동시 수행 도전적일 것.

기술은 음장 주파수율(40kHz)에서 음향 트랩 위치·진폭 변조 가능케 해 다중모달 3D 디스플레이 새 길 엽니다. 생물의학·계산제조 분야 응용 위해 고속 비접촉 물질 조작 기회도 제공.