Pikselio revoliucija: ekranai, kurie taip pat fotografuoja

Maždaug po šimto metų nuo tada, kai žodis „pikselis“ pirmą kartą pasirodė techniniame žurnale, Ciuricho ETH mokslininkai perdizainavo tą nuolankų statinį. Ne kaip geresnį tašką ekrane, o kaip mažą įrenginį, galintį tiek suformuoti vaizdą, tiek jį užfiksuoti. Pagalvokite apie vieną elementą, atliekantį kameros ir ekrano darbą tuo pačiu metu. Keista? Tikrai. Naudinga? Potencialiai revoliucinga.

Paslaptis nėra dažai ar pigmentas, o bangos. Šie naujieji pikseliai veikia pagal nanofotonikos principus: į lustą patenkanti šviesa paverčiama ant paviršiaus besitelkiančiomis bangomis, kurios skrieja per įrenginį, interferuoja tarpusavyje ir vėl pasirodo kaip kontroliuojama šviesa kituose taškuose. Kuriant paviršiaus mikrostruktūrą, komanda gali nuspėti ir formuoti, kaip tos bangos susitiks ir koks šviesos raštas išeis.

Gebėjimas valdyti ir skaityti ne tik šviesumo lygį, bet ir bangos fazę bei poliarizaciją paverčia šiuos elementus labiau mažais bangų inžinieriais nei paprastais spalvų šviesos šaltiniais. Jie gali analizuoti įeinančių bangų svyravimo fazę, matuoti poliarizacijos būsenas ir atkurti pageidaujamą išėjimą. Iš esmės kiekvienas pikselis tampa vektoriniu vienetu - jautrus turtingesnėms šviesos savybėms nei įprasta raudona-žalia-mėlyna intensyvumo informacija.

Kodėl tai svarbu? Nes tai atveria kelią aparatūrai, kuri nebeskiria jutimo ir rodymo funkcijų. Vienas įrenginys galėtų veikti kaip holografinis ekranas, tuo pačiu imdamas mėginius prieš jį esančio šviesos lauko. ETH komandos nurodytos taikymo sritys apima adaptuojamąją optiką, holografinį vaizdų formavimą ir ekranus, aukštos spartos optines komunikacijas ir net elementus kvantinės informacijos apdorojimui, kur itin svarbi bangosfrontų tikslinė kontrolė.

Kol kas darbas yra demonstracinis, ne paruoštas vartotojams. Dabartiniai prototipai remiasi koherentiniu lazeriniu apšvietimu ir užprogramuotais, statiniais paviršiaus raštais vaizdams kurti ir aptikti. Vis dėlto mokslininkai rinkinėja šių pikselių matricas ir tiria, kaip jas praplėsti iki funkcinių masyvų. Išradimas sukėlė pakankamai susidomėjimo, kad šiais metais pateikta patentinė paraiška ir nominacija Spark apdovanojimui. Pilnas techninis pranešimas paskelbtas žurnale Nature.

Ne visi tai sutinka ramiai. Viešuose forumuose kai kurie vartotojai išreiškė susirūpinimą: ekranas, dvigubai veikiantis kaip kamera, galėtų tapti slapta stebėjimo priemone. Palyginimai buvo aštrūs, primenantys išgalvotus telescreen'us, stebėjusius piliečius distopiniuose kūriniuose, ir kai kurie komentatoriai pažadėjo niekada nepirkti įrenginių su šia technologija. Šios baimės nėra menkos; jos kelia dizaino, politikos ir etikos klausimus, kuriuos kūrėjams reikės spręsti, kai aparatinė įranga bręs.

Technine prasme vis dar lieka daug kliūčių. Kad šie pikseliai veiktų esant aplinkiniam, nekoherentiniam apšvietimui; kad juos būtų galima programuoti dinaminiam, realaus laiko vaizdų fiksavimui be stambių lazerių; kad jie būtų integruoti į energetiškai ir kainų apribotus vartotojiškus elektroninius įrenginius, kiekvienas iš šių uždavinių yra rimtas iššūkis. Vis dėlto pagrindinė idėja yra elegantiška: valdydami šviesą ant paviršiaus, valdote tiek tai, ką matote, tiek tai, ką aptinkate.

Tikras iššūkis yra toks: kas nutiks, kai mūsų ekranai nustos būti pasyviais langais ir taps aktyviomis akimis? Šis klausimas skatins tiek mokslininkus, tiek politikos formuotojus, nes riba tarp ekrano ir kameros nyksta.