Cómo ver, oír y sentir con ultrasonidos

Las proyecciones 3D que vemos flotando en el aire en películas como Star Wars se pueden hacer realidad mediante ultrasonidos. Investigadores de Reino Unido han creado un sistema de trampas acústicas que permite generar una imagen tridimensional, emitir sonidos e incluso poder interaccionar con un botón virtual cuando se ‘toca’ en el aparente vacío.

 

Enrique Sacristán

Los hologramas en 3D de personajes y objetos que aparecen en La Guerra de las GalaxiasIron Man y otras películas de ciencia ficción se basan en efectos de luz, pero un nuevo dispositivo permite crearlos de otra forma: mediante el sonido. Además, junto a las imágenes, ofrece simultáneamente contenido auditivo y táctil.

Este display genera formas 3D que flotan en el aire, a la vez que produce sonidos y sensaciones táctiles que sientes con tus propias manos

El sistema lo presenta esta semana en la revista Nature un equipo de la Universidad de Sussex (Reino Unido), del que forma parte el investigador español Diego Martínez-Plasencia.

“El dispositivo base es un display que genera contenido volumétrico en 3D, formas que flotan en el aire delante de ti, pero al mismo tiempo puede producir audios y sensaciones táctiles que sientes con tus propias manos; es decir, ver, sentir y oír todo a la vez”, explica Martínez a Sinc.

“Básicamente funciona con ultrasonidos (ondas mecánicas que trasmiten presión a través del aire) –indica–. Con ellos se hace levitar una diminuta y ligera partícula de poliespan blanca, que luego, con la ayuda de un módulo de iluminación RGB (iniciales de rojo, verde y azul en inglés), va adquiriendo distintos colores en cada punto del espacio, según lo que se quiera representar”.

De esta forma, con la que han llamado ‘pantalla de trampa acústica multimodal’ (MATD, por sus siglas en inglés), los autores han logrado proyectar letras, números, figuras geométricas, una cara, una mariposa y un globo terráqueo. La partícula se mueve tan rápido que el cerebro lo interpreta como si viera esos objetos.

Imágenes 3D en forma de mariposa flotante y globo terráqueo generadas con la pantalla de trampa acústica multimodal. / Eimontas Jankauskis

La perfecta sincronización entre las trampas de levitación que mueven la partícula y el módulo de iluminación que la colorea se consigue gracias al propio hardware del equipo. El sistema opera a 40 kilohercios, lo que equivale a 40.000 actualizaciones por segundo.

“Respecto a los sonidos, se generan de forma similar a la frecuencia modulada de las radios”, dice Martínez. “El ultrasonido no lo podemos oír, pero podemos modular su frecuencia para que se pueda detectar y generar un audio de alta calidad sincronizado con el movimiento de la partícula”, apunta.

Además, las ondas ultrasónicas que producen los transductores que lleva el dispositivo MATD se pueden focalizar hacia un mismo sitio para generar un punto de alta presión, un botón virtual en el ‘vacío’ que puede sentir un dedo. Como las vibraciones de 40 kHz no aparecen en la naturaleza y no las detecta el cuerpo humano, se varía la frecuencia para que la mano note ese punto de alta presión.

El sistema se podría aplicar en el desarrollo de nuevas pantallas o displays multisensoriales y en el diseño de nuevos medicamentos

“Nos dimos cuenta que no hacía falta tanta potencia para mover la partícula. Cada tres o cuatro actualizaciones podíamos dedicar una para generar la sensación táctil. Durante ese tiempo la partícula queda libre, pero no pasa nada, enseguida se captura otra vez. Así podíamos proyectar, por ejemplo, una cuenta atrás, que se podía parar con el botón virtual. En esta caso hay dos trampas acústicas, pero el dispositivo las genera una a una, aunque muy rápido”, dice el coautor.

 

Futuras aplicaciones

“Este dispositivo supone un primer paso en un campo que puede llegar a ser revolucionario, ya que demostramos que se puede controlar la materia y estimular tres sentidos a la vez”, señala Martínez, quien destaca algunas de sus posibles aplicaciones, tanto en el campo de la realidad virtual y diseño de nuevas pantallas o displays, como en el de la biomedicina.

El equipo no solo ha logrado hacer levitar pequeñas partículas de poliespan, también otras de zirconia (falsos diamantes) o diversos tipos de gotas. El uso de estas ‘pinzas’ acústicas ofrece a los científicos una nueva forma de estudiar las propiedades de los sólidos y líquidos sin roces con ninguna superficie, incluida la combinación de componentes químicos en el aire para diseñar nuevos medicamentos.

Referencia bibliográfica: 
Ryuji Hirayama, Diego Martinez Plasencia, Nobuyuki Masuda, Sriram Subramanian. “A volumetric display for visual, tactile and audio presentation using acoustic trapping”. Nature 575, 14 de noviembre de 2019.

Para llevar a cabo este estudio se ha tenido en cuenta el trabajo pionero del investigador Asier Marzo de la Universidad Pública de Navarra sobre levitación acústica, publicado en 2018 en la revista PNAS.

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