- 공기 분자를 이온화해 빛나는 점을 만드는 레이저 유도 플라즈마 디스플레이가 펨토초 레이저를 쓰면서, 손으로 만질 수 있을 만큼 안전한 3D 공중 이미지로 시연됨
- 기존 방식은 적외선 레이저 초점에서 생긴 복셀(voxel) 을 초당 수만~수십만 번 스캔하지만, 나노초 규모 플라즈마 버스트는 피부를 태울 수 있을 만큼 에너지가 큼
- University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology, University of Tokyo 연구진의 Fairy Lights는 수십 펨토초 단위 펄스로 피부 손상 위험을 낮춤
- 같은 지점에 1밀리초마다 한 번씩 2,000밀리초 동안 조사하지 않으면 눈에 띄는 피부 손상이 없다고 봤고, 사용자가 복셀을 만지면 17ms 안에 플라즈마를 끄도록 설계됨
- 시연 공간은 8㎣ 로 매우 작지만 최대 초당 200,000복셀의 시공간 해상도를 보이며, 다른 광학 장치를 쓰면 더 큰 디스플레이로 확장할 수 있다고 봄
공중에 실제 픽셀을 만드는 방식
- 공중 3D 디스플레이는 오래전부터 과학소설에 등장했지만, 기존 홀로그래픽 기술 다수는 시야각 같은 제약을 광학적 착시로 우회하는 방식에 가까움
- 레이저 유도 플라즈마 디스플레이는 공기 분자를 이온화해 실제 공간에 빛나는 점을 만들기 때문에, 공중에 떠 있는 진짜 픽셀에 가까움
- 기존 기술 사례로 일본 기업 Aerial Burton의 디스플레이가 소개됨
- 밝게 빛나는 복셀은 적외선 레이저 초점에서 이온화된 공기 분자가 여분의 에너지를 청백색 광자로 방출한 결과임
- 플라즈마는 오래 지속되지 않아, 레이저가 공기 중 부피를 빠르게 스캔하며 짧게 살아 있는 복셀을 연속 생성함
나노초 플라즈마의 안전 한계
- 기존 레이저 유도 플라즈마 디스플레이는 초당 수만~수십만 번 레이저를 발사해 나노초 규모 복셀을 만들 수 있음
- 나노초 규모 플라즈마 버스트도 상당한 에너지를 담고 있어, 사람이 디스플레이 안으로 지나가면 화상을 입을 수 있음
- 시각적으로는 공중 이미지를 만들 수 있지만, 사용자가 손으로 직접 상호작용하기 어려운 이유가 여기에 있음
Fairy Lights의 펨토초 레이저 접근
- University of Tsukuba, Utsunomiya University, Nagoya Institute of Technology, University of Tokyo 연구진은 Fairy Lights 시스템에서 펨토초 레이저를 사용함
- 각 복셀은 수십 펨토초 동안 펄스하는 레이저로 생성됨
- 1펨토초는 1초의 1천조분의 1임
- 이처럼 매우 짧은 펄스 지속시간에서는 같은 지점에 1밀리초마다 한 번씩 2,000밀리초 동안 조사하지 않는 한 뚜렷한 피부 손상이 생기지 않는다고 판단함
- Fairy Lights는 노출 시간을 이 임계값보다 충분히 낮게 유지함
터치와 촉각 피드백
- Fairy Lights의 차별점은 생성된 플라즈마를 만질 수 있음에 있음
- 손가락이 플라즈마에 닿으면 빛이 더 밝아지고, 이 변화는 접촉 여부를 알려주는 신호로 활용될 수 있음
- 사용자가 복셀을 만지면 안전을 위해 해당 플라즈마 복셀을 한 프레임 안에 끔
- 한 프레임은 17ms, 즉 1/60초임
- 이는 유해 노출 시간으로 제시된 2,000ms보다 충분히 짧음
- 플라즈마 복셀을 만질 때 충격파가 발생해, 손가락에는 빛이 물리적 실체를 가진 것 같은 임펄스가 느껴질 수 있음
- 논문은 정교한 시공간 제어를 통한 플라즈마 촉각 감각의 상세 특성 조사를 범위 밖으로 둠
작은 시연 공간과 확장 가능성
- 사진과 영상에 보이는 디스플레이는 매우 작으며, 작업 공간은 8㎣ 에 불과함
- 시공간 해상도는 비교적 높아 최대 초당 200,000복셀에 도달함
- 이미지 프레임레이트는 표시하려는 이미지에 필요한 복셀 수에 따라 달라짐
- 소비자 제품으로 유용해지려면 디스플레이가 더 커져야 함
- 다른 광학 장치를 사용하면 확장이 가능하다고 봄