Matemática deixa Holodeck próximo da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  08/04/2019

É a primeira vez que se produzem hologramas 3D que podem ser vistos de qualquer ângulo. [Imagem: Ghaith Makey et al. - 10.1038/s41566-019-0393-7]

Holografia 3D

Há anos temos ouvido que a tecnologia holográfica está a um passo de tornar realidade o famoso Holodeck de Jornada na Estrelas, um ambiente de realidade virtual que simula não apenas objetos, mas ambientes inteiros em 3D, como se fossem reais.

A projeção de hologramas dinâmicos em 3D continua no reino da ficção, mas expectativas realistas de sua realização prática acabam de ser anunciadas por uma equipe da Turquia, que demonstrou os primeiros hologramas 3D realistas que podem ser vistos de qualquer ângulo, e não de alguns poucos ângulos.

"Nossa técnica pode funcionar em tempo real e certamente abrirá o caminho para a holografia de vídeo 3D dinâmica. Em breve, poderá ser possível criar uma versão simples de um Holodeck," anunciou o professor Ghaith Makey, da Universidade de Bilkent.

Interferência cruzada

A projeção holográfica 3D depende do empilhamento de uma série de imagens 2D. O problema é que elas interferem umas com as outras. Os especialistas na área sempre apontaram a necessidade de inovações e melhoramentos da tecnologia óptica de projeção para evitar essa interferência cruzada, tecnicamente conhecida como diafonia.

A equipe turca discorda dessa avaliação e descobriu outra causa para o problema.

[Imagem: Ghaith Makey et al. - 10.1038/s41566-019-0393-7]

Matemática do Holodeck

"A razão dessa diafonia é a matemática, e não deficiências dos componentes físicos. Qualquer par de vetores mutuamente aleatórios de alta dimensionalidade tendem a ser ortogonais. Este resultado básico é uma consequência do Teorema do Limite Central e da Lei dos Grandes Números. Nós usamos essa propriedade, juntamente com um truque simples, mas direto, de engenharia de frente de onda, para adicionar uma fase aleatória a cada imagem, eliminando a interferência cruzada sem usar nenhuma óptica adicional," disse Omer Ilday, membro da equipe.

"Não vinha sendo possível projetar simultaneamente as partes traseiras, do meio e frontais de um objeto 3D. Resolvemos esse problema através de uma conexão simples entre as equações desenvolvidas por Jean-Baptiste Joseph Fourier e Augustin-Jean Fresnel nos primeiros dias desse campo [de pesquisas]. Usando essa propriedade matemática, avançamos o estado da arte da projeção de três a quatro imagens para 1.000 projeções simultâneas!" contou o professor Onur Tokel.

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Não é mais apenas a frente do objeto que parece tridimensional. [Imagem: Ghaith Makey et al. - 10.1038/s41566-019-0393-7]

Tecnologias de exibição

Como é matemático, o método é universalmente aplicável a todos os tipos de mídia holográfica, sejam eles hologramas estáticos ou dinâmicos. Agora sim, o desafio passa a ser tecnológico.

"A melhor parte é que o desempenho da projeção 3D se tornará cada vez melhor com o aumento da resolução do holograma porque o resultado da ortogonalidade se torna exato para dimensões infinitas - conforme as tecnologias de exibição continuarem melhorando e suportando maior resolução, elas permitirão hologramas cada vez mais realistas usando nossa técnica," disse Makey.

Segundo a equipe, aplicações imediatas da técnica deverão incluir telas 3D para visualização médica e controle de tráfego aéreo.

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Bibliografia:

Breaking crosstalk limits to dynamic holography using orthogonality of high-dimensional random vectors
Ghaith Makey, Ozgün Yavuz, Denizhan K. Kesim, Ahmet Turnal, Parviz Elahi, Serim Ilday, Onur Tokel, F. Omer Ilday
Nature Photonics
Vol.: 13, pages 251-256
DOI: 10.1038/s41566-019-0393-7