مستوحاة من خدعة الإضاءة القديمة، يمكن أن تتيح تقنية “النافذة السحرية المسطحة” نوعًا جديدًا من العرض ثلاثي الأبعاد
يقوم الباحثون بإنشاء نافذة سحرية مسطحة ببلورات سائلة.
لأول مرة، قام العلماء بتجميع بلورات سائلة لإنشاء نافذة سحرية مسطحة – جهاز شفاف ينتج صورة مخفية عندما يضيء الضوء عليها. تمثل التكنولوجيا تطورًا جديدًا لخدعة خفيفة قديمة جدًا.
منذ آلاف السنين، صنع الحرفيون في الصين واليابان مرايا برونزية تشبه المرايا المسطحة العادية أثناء مشاهدة الانعكاس، لكنها تنتج صورة أخرى عند إضاءتها بضوء الشمس المباشر.
استغرق الأمر العلماء حتى أوائل القرن العشرين لمعرفة أن هذه الأجهزة تعمل لأن الصورة الملتقطة في الجزء الخلفي من المرآة تخلق اختلافات صغيرة في السطح تؤدي إلى تشكل الصورة – وقد تطلب الأمر من المهندسين حتى الآن تطبيق نفس المبدأ على البلورات السائلة لشاشات العرض عالية التقنية.
قال قائد فريق البحث فيليكس هوفناجيل من جامعة أوتاوا: “النافذة السحرية التي أنشأناها تبدو مسطحة تمامًا للعين المجردة، ولكن في الواقع، بها اختلافات طفيفة تخلق صورة استجابة للضوء”.
“من خلال تصميم النافذة بحيث تكون سلسة نسبيًا، يمكن رؤية الصورة التي تم إنشاؤها عبر نطاق كبير من المسافات من النافذة.”
في Optica ، مجلة Optica Publishing Group للأبحاث عالية التأثير، يصف Hufnagel وزملاؤه العملية التي طوروها لإنشاء نوافذ سحرية بلورية سائلة شفافة يمكنها إنتاج أي صورة مرغوبة.
يمكن أيضًا استخدام العملية لإنشاء مرايا سحرية تعكس الضوء بدلاً من إرساله لإنشاء صورة.
تبدو النوافذ السحرية التي أنشأها الباحثون مسطحة تمامًا للعين المجردة، ولكن في الواقع، لها اختلافات طفيفة تخلق صورة استجابة للضوء.
يُظهر الفيديو توزيع الكثافة الذي يتطور بسلاسة من ملف تعريف حزمة الإدخال إلى نمط الصورة المطلوب. الائتمان: فيليكس هوفناجيل ، جامعة أوتاوا
قال هوفناجيل: “إن استخدام البلورات السائلة لصنع نوافذ أو مرايا سحرية يمكن أن يتيح يومًا ما إنشاء نسخة قابلة لإعادة التشكيل لإنتاج نوافذ أو أفلام سحرية فنية ديناميكية”.
“القدرة على الحصول على عمق بؤري طويل يمكن أن تجعل الطريقة مفيدة أيضًا لشاشات العرض ثلاثية الأبعاد التي تنتج صورًا ثلاثية الأبعاد ثابتة حتى عند عرضها من مسافات مختلفة.”
خلق السحر بالبلورات السائلة
على الرغم من أن العلماء أدركوا لعقود من الزمن أن المرايا السحرية البرونزية القديمة شكلت صورًا نتيجة للاختلافات الصغيرة في السطح، إلا أن مايكل بيري، عالم الفيزياء الرياضية بجامعة بريستول في المملكة المتحدة، لم يستنبط الأساس الرياضي لهذا التأثير حتى عام 2005.. قام لاحقًا بتوسيع هذه المعرفة لتطوير أساس نظري للنوافذ السحرية الشفافة بالإضافة إلى المرايا السحرية العاكسة.
ألهم هذا العمل Hufnagel وزملاؤه لإنشاء نافذة سحرية تعتمد على البلورات السائلة.
البلورات السائلة هي مواد يمكن أن تتدفق مثل سائل تقليدي ولكن لها جزيئات يمكن توجيهها مثل البلورة الصلبة.
في العمل الجديد، استخدم الباحثون نسخة معدلة من عملية تصنيع معروفة تنتج نمطًا بلوريًا سائلًا معينًا يسمح بإنشاء الصورة المرغوبة عند الإضاءة.
استخدموا عنصر Pancharatnam-Berry البصري (PBOE)، وهو جهاز بلوري سائل يعمل وفقًا لمبدأ معروف جيدًا يسمى مرحلة Pancharatnam-Berry.
من خلال تغيير اتجاه جزيئات الكريستال السائل في هذا الجهاز، يمكن للباحثين تغيير خصائص الضوء أثناء انتقاله عبر الجهاز على أساس كل بكسل على حدة.
صور ثابتة على مسافات متعددة
قال هوفناجيل: “على المستوى المفاهيمي، كانت النظرية التي طورها بيري مفيدة في تحديد كيفية توجيه هذه البلورات السائلة لإنشاء صورة مستقرة على مسافة كبيرة”.
“إن استخدامنا للعناصر البصرية المسطحة ونمط الكريستال السائل مع الاختلافات اللطيفة المنصوص عليها في نظرية الصور اللابلاسية لبيري يسمح للنوافذ السحرية بالظهور بشكل طبيعي أو مسطح، عندما ينظر المرء من خلالها.”
بعد تصنيع مرآة ونافذة سحرية، استخدم الباحثون كاميرا لقياس أنماط شدة الضوء التي ينتجها كلا الجهازين. عند إضاءتها بشعاع ليزر، أنتجت كل من المرآة والنافذة صورة مرئية ظلت ثابتة حتى مع تغير المسافة بين الكاميرا والمرآة أو النافذة.
أظهر الباحثون أيضًا أن الأجهزة تنشئ صورًا عند إضاءتها بمصدر ضوء LED، والتي ستكون أكثر عملية لاستخدامها في تطبيقات الحياة الواقعية.
يعمل الباحثون الآن على استخدام نهج التصنيع الخاص بهم لإنشاء لوحات سحرية كمومية. على سبيل المثال، يمكن لاثنين من هذه اللوحات إنشاء صور متشابكة يمكن للمرء استخدامها لدراسة بروتوكولات التصوير الكمي الجديدة.
إنهم يستكشفون أيضًا إمكانية تصنيع نوافذ سحرية باستخدام طرق أخرى غير البلورات السائلة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي استخدام الأسطح العازلة للكهرباء لإنشاء جهاز نافذة سحري إلى تقليل أثره مع زيادة عرض النطاق الترددي.
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
