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StartseiteForschung aktuellUltraschallwellen ermöglichen neuartige 3D-Displays16.10.2019

Akustische HologrammeUltraschallwellen ermöglichen neuartige 3D-Displays

Wenn man mehrere Ultraschall-Lautsprecher geeignet platziert, können sie kraft ihres Schallfelds kleine Objekte zum Schweben bringen. Levitation, so heißt der Effekt, und ein Forschungsteam aus Schweden will damit ganz neuartige dreidimensionale Displays entwickeln.

Von Frank Grotelüschen

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Mit Ultraschallwellen  lassen sich völlig neuartige 3D-Displays erzeugen (imago stock&people)
Mit Ultraschallwellen lassen sich völlig neuartige 3D-Displays erzeugen (imago stock&people)
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"Those are the transducers. So those are the actual speakers basically. We have about 256 there."

Andrew di Battista zeigt auf ein Gestell von der Größe eines Toasters. Unten auf der Bodenplatte sind 256 knopfgroße Ultraschall-Lautsprecher montiert, dicht an dicht in einer Art Schachbrettmuster. Dann zeigt di Battista auf das, was circa zehn Zentimeter oberhalb der Lautsprecher passiert.

"Da sehen Sie ein paar Kügelchen aus Plastik, die wie von Zauberhand in der Luft schweben. Und nun aktivieren wir ein Programm, und dieses Programm lässt die Kügelchen immer im Kreis herum schweben."

Prototyp eines akustischen Levitators im Labor der britischen Firma  Ultrahaptics (Deutschlandfunk / Frank Grotelüschen)Prototyp eines akustischen Levitators im Labor der britischen Firma Ultrahaptics (Deutschlandfunk / Frank Grotelüschen)

Di Battista arbeitet bei der britischen Firma Ultrahaptics, dem Hersteller des Prototyps. Es ist ein akustischer Levitator. Ein Gerät, das kleine Objekte in der Luft halten kann, und zwar mit Hilfe von Ultraschallwellen.

"Wir erzeugen ein Ultraschallfeld mit einer Frequenz von 40 Kilohertz. Wir machen das mit Ultraschallsendern, wie man sie von Abstandswarnern im Auto kennt. Diese Sender steuern wir so an, dass sich ihr Schallfeld an manchen Stellen stark aufaddiert. Dadurch entsteht ein großer Druck auf die Kügelchen, der sie gegen die Schwerkraft in der Schwebe halten kann."

Dreidimensionales Display aus Schallwellen

Einsetzen ließe sich so ein Levitator eines Tages als akustische Pinzette, etwa zur Montage von Nanomaschinchen, glaubt di Battista. An der Technischen Hochschule Chalmers in Göteborg aber hat Carl Andersson anderes damit vor. 

"Wir wollen ganz viele dieser schwebenden Kügelchen nutzen, um eine Art Display zu realisieren. Das wäre ein 3D-Display, also etwa wie bei einer VR-Brille. Bei unserer Technik aber müsste man sich keine Brille aufsetzen, um das 3D-Bild zu betrachten. Es würde tatsächlich mitten im Raum schweben, und jeder könnte es sehen."

Eine Art akustisches Hologramm. Anders als ein gewöhnliches Hologramm könnte es Bewegtbilder darstellen, indem es die Kügelchen per Ultraschall verschiebt. Anderssons Webseite zeigt, wie das einmal aussehen könnte: Mitten im Raum steht ein Levitator und zeigt – recht grobpixelig – einen Hund in Lebensgröße, er wedelt freudig mit dem Schwanz. Ein 3D-Bild, für das man Aberhunderte von Kügelchen gezielt manipulieren müsste, und zwar getrennt voneinander. Doch soweit ist die Forschung noch nicht.

"Der Rekord liegt bisher bei 25 oder 26 Kügelchen, die sich gleichzeitig steuern lassen. Die Herausforderung ist die: Je mehr Kügelchen man manipulieren möchte, umso schwieriger wird die Steuerung. Um ein wirklich hochaufgelöstes Hologramm schweben zu lassen, müssen wir besser verstehen, wie man die Hardware steuert."

Nötig wären zum einen größere Arrays mit noch mehr Ultraschall-Lautsprechern. Zum anderen müssten sich diese Arrays viel präziser steuern lassen als heute. Und dazu, sagt Andersson, bräuchte es ein besseres Verständnis der physikalischen Grundlagen. Dennoch: Achtungserfolge gibt es bereits – zum Beispiel ein kleines Nummerndisplay aus schwebenden Kügelchen.

Akustische 3D-Hologramme für die Werbebranche

"Denken Sie an diese altmodischen Uhrenradios, die eine Ziffer mithilfe von neun Segmenten darstellen. So etwas können wir auch, aber mit akustischer Levitation. Und es ist möglich, einen Computerspiel-Klassiker damit zu realisieren: Man hat eine Reihe Kügelchen auf der einen Seite und eine zweite auf der anderen, und beide spielen sich ein Kügelchen zu. Es ist das Computerspiel Pong, aber in 3D."

So originell diese ersten Versuche sind – sie zeigen, dass die Technik noch am Anfang steht. Im Prinzip aber spräche nichts dagegen, akustische 3D-Hologramme mit Millionen von Kügelchen zu realisieren, also mit Millionen von Bildpunkten, sagt Carl Andersson. Und das würde manch interessante Anwendung erlauben.

"Als erstes dürfte man die Technik in Kunst-Installationen sehen, aber auch in der Werbung als digitale Beschilderung. Später könnte es fürs computergestützte Design nützlich sein: Hat man zum Beispiel am Bildschirm ein Zahnrad konstruiert, könnte man es als akustisches Hologramm darstellen und nachschauen, ob es tatsächlich zu den anderen Teilen der Maschine passt. Und davon könnte die Technologieentwicklung durchaus profitieren."

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