Holograma 3D ¿Ve, Escucha y Siente? Descúbrelo

La evolución de la tecnología poco a poco a permitido conocer nuevos dispositivos que reflejen el avance, los cuales crean experiencias cada vez más entretenidas e interesantes gracias a sus sistemas producto de procesos complejos. Un ejemplo de esto es el holograma 3D que actualmente ofrece una sensación táctil además de una visual en 3D.

holograma 3D con tacto y sonido

Hologramas en 3D

Los hologramas son definidas de dos formas por el diccionario de la Real Academia Española como una “placa fotográfica obtenida mediante holografía” y como una “imagen óptica obtenida mediante holografía”. Esta imagen anteriormente fue bidimensional, sin embargo, a medida que fue avanzando la tecnología se crearon las imágenes tridimensionales. En este sentido, un holograma 3D es una imagen óptica tridimensional que se logra con la placa fotográfica mencionada.

Los avances vistos en la Historia y evolución de la Tecnología han sido tales que no solo un grupo de científicos son los que pueden tener acceso a este tipo de tecnología, actualmente en el mercado tecnológico es posible adquirir un proyector de holograma 3D. Incluso algunos han probado hacer hologramas con teléfonos móviles, pero para comprender bien esto es importante conocer qué es la holografía y cómo funciona, en la siguiente sección se explicará con detalle esto.

Holografía

El término holografía se utiliza para nombrar la técnica fotográfica que hace uso de un rayo láser para generar imágenes tridimensionales con colores. Dennis Gabor nombró holografía a todo un proceso de “descodificación de la información fotografiada” donde se obtuvo una imagen, el término proviene del griego “holos” que significa completo y hace referencia a la imagen de un objeto completo donde se podría visualizar desde varias perspectivas y en lugar de solo una, como se venía viendo con en la fotografía.

La fotografía en sí misma hace uso de muchas técnicas para aprovechar la luz, los ángulos, etc. Pero esta técnica es una de las más avanzadas que emplea haces para proyectar y reflejar luz, coordinando con mucha precisión estos haces es posible generar un efecto óptico que simule que la imagen creada se sale de sus límites.

qué es un holograma 3D

Ese efecto óptico de salida donde un cuadro puede parecer salirse del marco o hundirse en él permite que las personas que observan el holograma puedan cambiar de posición, ver desde otros ángulos y perspectivas y así visualizar una imagen 3D. Esto se logra sin hacer uso de algunos lentes especiales o ninguna otra herramienta.

Como se indicó, es una técnica muy avanzada no solo por los resultados obtenidos que al ser comparados con los de otras técnicas se puede ver que los superan. También se habla de su avance por la complejidad que supone el conjunto de técnicas de holografía que emplea en el dispositivo que genera el holograma 3D.

Esta tecnología ha sido estudiada y se continúan haciendo avances para ampliar mucho más su aplicación, por ejemplo, en televisores para crear equipos que reproduzcan imágenes y vídeos tridimensionales, los cuales pueden ser utilizados para diversas obras de entretenimiento como conciertos, películas, proyectar patrimonios culturales, entre otras cosas.

Sin embargo, no solo para la industria del entretenimiento esta tecnología tiene grandes planes, también para otras áreas del conocimiento como el diseño industrial, la arquitectura, ingeniería, mecánica, la investigación, la medicina, la educación y por supuesto, la comunicación. Un ejemplo de su aplicación en esta última área sería lo visto en una de las producciones de la serie cinematográfica Star Wars de The Walt Disney Company, donde la Princesa Leia utiliza un mensaje de auxilio en forma de holograma 3D.

holograma 3D de Star Wars

También se pueden encontrar hologramas en equipos que son utilizados casi por todo el mundo, como los reproductores de DVD, las tarjetas de crédito, los billetes, etiquetas de seguridad, de documentos importantes como certificados o documentos identificativos como los pasaportes, como marca de seguridad y de que tal documento es original de la entidad que lo emite.

¿Cómo funciona?

Como se indicó, hay una serie de técnicas y de cálculos físicos que se utilizan para poder crear hologramas, por supuesto, hay un principio establecido para conseguirlo que puede resultar bastante complejo para una persona que no tenga conocimientos más allá de lo básico sobre física. Aun así para explicarlo generalmente se hace uso de la descripción del grabado en un holograma en una escena, donde solo hay un punto que sirve de reflector de la luz.

Este grabado consiste en que la escena se muestra con ondas planas que tienen un punto de origen ubicado a la izquierda del aparato holográfico, esto se hace reflejando parte de esa luz en ese punto de modo que la imagen pueda reflejarse hacia la derecha y representar el objeto deseado. Este aparato, o su placa fotosensible, se posiciona en un lugar donde la imagen pueda verse completamente gracias a la máxima amplitud de esa posición.

Ahora bien, se hace un “tratamiento” del espacio donde se evalúan las coincidencias de crestas y de valles para determinar qué sitios tienen más amplitud que otros. Es por esto que esta placa fotosensible se mantiene inmóvil, puesto que después del tratamiento aquellos sitios que tengan más amplitud serán más expuestos y se verán más transparentes que los que tienen amplitud mínima, los cuales será más opacos.

Si se mueve la placa se intercambia esta transparencia y opacidad impidiendo que la imagen se vea claramente, esto porque la luz traspasa esos espacios que son transparentes y ellos forman “ondas semiesféricas”. Hay que recordar que esa luz viene de la izquierda y el holograma 3D se representa a la derecha, si una persona se ubica en el lado derecho del aparato holográfico podrá ver el punto de origen de donde viene la luz.

Ahora bien, esta proyección desde un punto solo logra que en el espacio donde se proyecta el holograma algunas zonas sean más transparentes que otras, es decir, unas son más claras que otras. Por lo que se agrega un segundo punto que también tiene ciertas zonas más transparentes que otras. Es entonces cuando se forma un conjunto de zonas y de ondas que forman la información tridimensional que corresponde a la posición de los puntos y sus reflejos de la luz.

Además de esas zonas de las que hemos hablado, se forman zonas grises que crean el efecto de que el objeto sale de su sitio en el espacio. Permitiendo que se vea la imagen tridimensional del objeto que se escogió para hacer el holograma 3D. Dos puntos permiten hacer un holograma 3D pequeño, al agregar más puntos se logra una imagen mucho más grande.

Evolución de la holografía

Así como se puede ver toda una serie de invenciones que narran la Evolución de la cámara fotográfica, se pueden ver algunos avances en los aparatos holográficos, comenzando por la invención de la holografía en sí misma, la cual data del año 1948 gracias al físico Dennis Gabor quién casi 23 años después recibió por esa invención el Premio Nobel de Física (1971).

El trabajo de Gabor no incluía el uso del láser en sus equipos, en su lugar, él utilizó el microscopio electrónico para que las imágenes que se produjeran tuvieran una buena definición y resolución, fue años después cuando este fue desarrollado y por lo tanto se perfeccionó mucho más la holografía.

Fue al menos quince años más tarde (en 1963) cuando se presenta al mundo un holograma 3D, es decir, una imagen que representara realmente a un objeto en tres dimensiones con una buena definición gracias al uso del láser. Esto fue gracias a físicos de Estados Unidos y de la Unión Soviética.

Ahora bien, luego de ver qué es un holograma y cómo se forma conviene conocer algunos dispositivos holográficos que se han creado. El primero del que se hablará es del reproductor de video holograma “Cheoptics 360” que pertenece a las compañías viZoo y Ramboll, este dispositivo contiene una pirámide invertida donde se observa una imagen tridimensional desde cualquier posición.

Cheoptics 360 se compone de una serie de proyectores para lograr el holograma 3D que puede ser desde 1,5 metros hasta 30 metros de alto, esto sin que el dispositivo deba estar en una habitación con determinada iluminación, puede proyectar su holograma 3D sin importar la iluminación exterior o interior del espacio en el que sea ubicado. Además de eso, al ser un reproductor de vídeo puede ser conectado a un ordenador y reproducir películas sin problema.

Otro dispositivo a destacar es el Mark II desarrollado por Massachusetts Institute of Technology que se enfocó en los movimientos en dirección horizontal porque esos son los movimientos que los observadores harían para detallar la imagen. Esto para disminuir las franjas de interferencia que producen el holograma sintético.

El Mark II trabajó con haces láser y franjas de interferencias que eran calculadas previamente, lo que permitía que se creara un holograma 3D con un ángulo de visión de 36 grados (horizontal), luego se podía cambiar a otra imagen en el siguiente segundo. El tamaño de estas imágenes fue de 150x75x150 milímetros.

Luego del Mark II vino el Mark III (aunque hubo otros equipos holográficos desarrollados por el Massachusetts Institute of Technology), este último buscó crear imágenes monocromáticas tridimensionales. Para sus dimensiones tomaron como base las del conocido cubo de Rubik. Este dispositivo no solo podría reproducir una imagen sino que proyectaba videos holográficos, por lo que fue mucho más complejo que otros dispositivos, aunque la intención del equipo era crear un sistema doméstico.

También se puede encontrar el “Interactive 360° Light Field Display” de la empresa Sony en conjunto con la Universidad del Sur de California y Fake Space Lab. Este dispositivo forma videos holográficos gracias a su videoproyector, su espejo rotatorio (que fue recubierto por un difusor holográfico) y un circuito semiconductor llamado Field Programmable Gate Array. Sus imágenes pueden ser vistas en 360 grados, la velocidad de su reproducción es de 5.000 imágenes cada segundo e incluso se puede interactuar con la imagen.

Proyecto de la Universidad de Sussex

Respecto a esa interacción de los observadores con el holograma 3D es importante mencionar un proyecto que para el 2019 generó interés en la comunidad científica. Donde además de visualizar una imagen holográfica, gracias a dispositivos como los mencionados anteriormente, se podría escuchar y tocar el holograma si se deseaba. Estamos hablando del proyecto de un equipo de físicos de la Universidad de Sussex: Sriram Subramanian, Diego Martínez Plasencia y Ryuji Hirayama.

Los hologramas en sí mismos siguen siendo una tecnología de interés que puede resultar fascinante para muchas personas, puesto que no han llegado a tantas personas como la televisión, por ejemplo, o los teléfonos inteligentes. Lo interesante de este proyecto es que logró superar a los sistemas desarrollados anteriormente, donde solo se podría visualizar una imagen tridimensional. Este equipo logró generar en los espectadores del dispositivo una sensación táctil cuando ellos decidieran tocar el holograma.

Su objetivo fue entonces crear una experiencia multisensorial agregando sonido y sensaciones táctiles al holograma 3D. Claramente, este es un avance significativo que puede seguirse perfeccionando puesto que sus hologramas aún son sencillos y no demasiado grandes, aun así consiguieron su objetivo y la experiencia es bastante interesante y llamativa.

holograma 3D de la Universidad de Sussex

Este avanzado proyecto se basa en el trabajo de otro equipo de investigadores de la Universidad de Navarra, estas personas a cargo de Asier Marzo se dedicaron a desarrollar un casco de realidad virtual que en su interior proyectaba imágenes creando efectos ópticos que simulaban profundidad. La diferencia entre el trabajo de este equipo y el de la Universidad de Sussex es que los primeros no agregaron a su casco sonido ni tacto.

¿Cómo funciona?

Ahora bien, su funcionamiento se basa en la levitación acústica que es conseguida gracias a proyectores de luz que la envían a un plástico que se mantiene en movimiento gracias a ondas sonoras. Este plástico no es demasiado grande, en realidad su tamaño es de 1 milímetro de diámetro aproximadamente y tiene un espacio de movimiento de 3/4 centímetros de diámetro.

Como se indicó, el movimiento se produce gracias a ultrasonidos, hay videos que muestran como granos de arroz o de otros sólidos se mueven sobre placas mucho más grandes gracias a las vibraciones de cornetas, algo similar ocurre con este dispositivo, donde los ultrasonidos comprimen y descomprimen el aire de determinado espacio, como el aire también se mueve se forman zonas que tienen mayor presión que otras.

 

En este sentido, el dispositivo incluye en su estructura 512 altavoces que funcionan gracias al control de un ordenador, así se controla el movimiento del plástico de forma continua. La velocidad alcanzada parece ser de 90 metros por segundo. Lo interesante es que todos los ultrasonidos no son percibidos por el oído humano, el equipo se enfocó en que los altavoces emitieran las ondas de sonido en un rango que está por debajo del espectro audible de las personas.

La cantidad de altavoces les permitió aumentar la velocidad de desplazamiento del plástico al punto de que supera por diez a la velocidad del casco de realidad virtual de Asier Marzo, el cual contiene en su estructura solo 60 altavoces. Sin embargo, no solo ese aspecto es lo que permite notar la optimización que lograron con este proyecto en comparación con el de Marzo, también se ven nuevos algoritmos en el sistema y pantallas 3D mucho más avanzadas en el dispositivo.

Entonces ¿cómo se crea el holograma 3D? Hirayama explica lo siguiente en su publicación en la revista Nature:

Nuestra nueva tecnología se inspira en televisores antiguos que usan un solo rayo de color a lo largo de la pantalla, tan rápido que su cerebro lo registra como una solo imagen. Nuestro prototipo hace lo mismo usando una partícula coloreada que puede moverse tan rápidamente a cualquier lugar en el espacio tridimensional que es vista como una imagen volumétrica en el aire“.

La luz proyectada rebota en el plástico en movimiento, esos proyectores son de alta velocidad por lo que la luz se proyecta a una gran velocidad para así crear el efecto óptico de que la imagen además de tener tres dimensiones se mantiene en movimiento. Ejemplos de eso son las imágenes que han proyectado, que son un globo terráqueo en movimiento y una mariposa aleteando.

Como se indicó, las imágenes son sencillas, pero si se toma en cuenta la complejidad de todo el sistema se podrá determinar que es un gran logro. De hecho, hay que destacar que conocer este proyecto por medio de fotografías o vídeos no permite percibir la imagen tal como es, puesto que en una cámara la imagen parece parpadear, mientras que en vivo no hay ningún parpadeo.

En cuando a su calidad de holograma táctil el equipo explicó que agregaron sensores infrarrojos que están programados a apuntar hacia la mano del espectador que se acerca al holograma 3D cuando éste desea tocarlo. Al detectar la piel las ondas de sonido se proyectan hacia ella generando una presión leve que es percibida como las personas como “un soplo de aire o un cosquilleo”, según explica uno de sus desarrolladores. En otras palabras, el ultrasonido estimula la piel al dirigir hacia ella la energía de sus ondas.

La comunidad científica recibió este proyecto con muy buenas opiniones, Asier Marzo por ejemplo, hizo una felicitación pública al equipo de Subramanian, Martinez y Hirayama, indicando además que su aplicación en la medicina tiene demasiado potencial, al igual que si aplicación en la industria militar funcionando como estrategia de reconocimiento del terreno.

El reconocimiento se enfoca en los resultados del proyecto tomando en cuenta la complejidad del sistema, así mismo se toma en cuenta que este dispositivo no requiere de un sistema de realidad virtual (como es casco de Marzo). Este proyecto por supuesto, no se mantendrá en este punto sino que planea seguirse perfeccionando.

Hay que tomar en cuenta que por ahora tienen una limitación en cuanto al tamaño del holograma y a la cantidad de altavoces, puesto que consideran que los altavoces también deberían estar del otro lado de la pantalla y no de uno solo. Sin embargo, respecto a esto último uno de sus desarrolladores asegura que no se planea agregar altavoces en otro lado sino cambiar el tipo de onda sonora.

Además de esos las imágenes no tienen una velocidad de movimiento lenta en comparación con otros dispositivos holográficos, igualmente la duración de la proyección no es demasiado larga.

Es por esto que los desarrolladores han comentado que continuarán con el desarrollo del proyecto, aunque este ya se encuentra siendo utilizado puesto que aun hay cosas por realizar, por ejemplo, la utilización de frecuencias mayores a 40 kHz logrará mover partículas más pequeñas y dar al holograma más resolución. Si se utilizan frecuencias mucho más superiores se podría conseguir una sensación táctil mucho más fuerte.

Sobre la continuidad de su trabajo Hirayama afirmó que “nuestro prototipo se ha acercado aún más y ha abierto una serie de oportunidades interesantes en el proceso”. Su perfeccionamiento además de apuntar a la evolución de la evolución de la tecnología, tiene de que el proyecto sea utilizado de diversas formas, no solo en el área de la medicina, como se mencionó anteriormente, sino en otras áreas del conocimiento como la informática, la investigación científica, entre otros.

Por supuesto, no dejará de tener una aplicación de entretenimiento tomando en cuenta lo atractivo que resulta para las personas la proyección de imágenes tridimensionales. El cine 3D y su popularidad es un ejemplo de esta fascinación, visualizar la proyección de películas en dispositivos holográficos permite hacerse una idea del avance que tendrá la industria cinematográfica.

Claramente entre los objetivos de proyectos como estos siempre es posible encontrar uno que esté dirigido a ampliar la aplicación de sus dispositivos, descubrimientos, etc. En las diferentes áreas del conocimiento, de modo que pueda ser utilizado en diversos espacios de la vida e incluso convertirse en equipos domésticos que puedan ser encontrados en todo el mundo, así como actualmente las personas tienen acceso a los teléfonos inteligentes.

Por supuesto, todo esto es un proceso que se compone de una serie de trabajos, investigaciones, proyectos experimentales y aportes que den investigadores, físicos, científicos, etc. Al respecto, tal como se puede ver al hojear la Historia del celular y de otros dispositivos que hoy en día se pueden encontrar en el mercado.

Además de eso hay que tomar en cuenta que son avances que se dan a la par de la evolución de otras áreas, al juntar nuevas tecnologías (dentro de los límites permitidos) desarrolladas en otras áreas con la holografía se podrán obtener resultados cada vez mayores y sorprendentes para la humanidad.

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