פיקסל שהומצא לאחרונה יכול להפוך מסכים למצלמות
פיקסלים שולטים ומנתחים אור על צגים – הם חלק מהסיבה שאתה קורא את המשפט הזה עכשיו. אבל זה בדרך כלל זה או אחר. פיקסל שולט או מנתח, אבל לא בו-זמנית.
חוקרים מ-ETH ציריך בשוויץ, לעומת זאת, הצליחו ליצור סוג חדש של פיקסל שיכול לעשות את שניהם בו זמנית. הפיקסל המוטען הזה, הנקרא פיקסל פורייה, יכול ליצור ולחוש שדות אור שרירותיים ולנצל את מלוא הפוטנציאל של פיקסל לשאת מידע על ידי מניפולציה של עוצמת האור, שלבי התנודה והקיטוב של האור. הצוות דיווח על ממצאיו ב-a נְיָר פורסם אתמול ב-Nature.
במבט קדימה, הצוות צופה שהפיקסלים הללו יוכלו לתמוך בטכנולוגיות של הדור הבא כמו צגים הולוגרפיים, מציאות רבודה או מכשירים שיכולים לתקן את הפלט שלהם באופן אקטיבי על סמך מה שהם מזהים. הטכנולוגיה יכולה גם לסלול את הדרך למכשירי תצוגת מצלמה שגם מציגים תמונות וגם חשים אור נכנס.
"פיקסל פורייה מרחיב את הפונקציונליות של פיקסלים קונבנציונליים על ידי ניצול גלי שטח המקיימים אינטראקציה עם מיקרו-מבנה גלי שתוכנן במדויק", מחברי המחקר יאניק גלוזר ו סנדר וונק אמר לגיזמודו. "במובן הזה, זה לא רק פיקסל בעוצמה אלא אלמנט אופטי קומפקטי לבקרת אור בשדה מלא."
"היכולת הזו חשובה מכיוון שאור יכול לשאת מידע רב אם נוכל לשלוט לחלוטין בכל התכונות שלו", הוסיף דיוויד נוריסשותף למחקר ופיזיקאי אופטי שהוביל את הצוות.
פתיחת הפוטנציאל של האור
נכון לעכשיו, פיקסלים – קיצור של "אלמנטים בתמונה" – מודדים או פולטים באופן מקומי את עוצמת האור, עובדים רק עם תכונה אחת של אור, לפי העיתון. אבל בשנים האחרונות, חוקרים בחנו דרכים להתעסק בתכונות שונות של האור בחיפוש אחר טכנולוגיות מידע מהדור הבא, כמו Project Silica של מיקרוסופט.
"ככל שהטכנולוגיות האופטיות הופכות מתקדמות יותר, בין אם בתצוגות, חישה, תקשורת או הדמיה, נזדקק למכשירים שיכולים להתמודד עם המורכבות המלאה של האור", הסבירו גלוזר וונק, דוקטורנט וחוקר פוסט-דוקטורט באופטיקה, בהתאמה. פיקסלים פורייה, המציעים שליטה דו-כיוונית באור, מייצגים צעד אחד בכיוון הזה, הם הוסיפו.
אדוות האור
פיקסלים פורייה בנויים על מספר תופעות בסיסיות בפיזיקה האופטית. הם נקראים כך מכיוון שהעקרונות המתמטיים שמשחקים הומצאו על ידי המתמטיקאי ג'וזף פורייה, הסביר נוריס. ב עבודה קודמתהצוות המציא טכניקה ליצירת משטחים גליים באופן שרירותי על בסיס עבודתו של פורייה.
זה היה מרכיב מפתח בפיקסלים פורייה, הוסיף נוריס, כשהם רמזו לצוות שיש דרך למשטחים מהונדסים בדיוק לקיים אינטראקציה עם התכונות השונות של האור. לתוצאות האחרונות, החוקרים הרחיבו על רעיון זה. באופן ספציפי, הם בדקו אם ניתן להמיר את גלי האור המפוזרים לגלים מונחים ולתבנית אופטית הנושאת מידע רלוונטי.
במילים אחרות, הפיקסל – כאן, החלק המפוסל של ממשק – יכול גם ליצור ולחוש את תכונות המפתח של האור (משרעת, שלבי תנודה וקיטוב) כדי לייצג תמונות או מידע. יתרה מכך, עיצוב הפיקסלים הללו דורש מתמטיקה פשוטה יחסית, מה שהופך אותם ל"גמישים ונוחים ליישומים פוטנציאליים", אמר נוריס.
פיקסלים של העתיד
לפי הצהרת האוניברסיטה, פיקסלים של פורייה יכולים לתרום לתצוגות מצלמה דו-כיווניות, שבהן כל פיקסל גם פולט וגם מזהה אור. ל-Gizmodo, גלוזר וונק הסבירו שהמכשירים מהדור הבא הללו "יכלו לא רק להראות תמונה אלא גם לחוש כיצד האור מהסביבה או מהמשתמש מתקשר איתה".
עבור העבודה האחרונה, הצוות הצליח ליצור מערכים קטנים מאוד של פיקסלים פורייה, הודה נוריס, והוסיף כי תצוגות מצלמה כאלה כרגע הן בתחום הספקולציות. אבל זה צעד מרתק בכיוון שלא נחקר. בתיאוריה, פיקסלים של פורייה יכולים להיות שימושיים בעיצוב "אופטיקה אדפטיבית, צגים הולוגרפיים, מציאות רבודה, תקשורת אופטית או מכשירים שמתקנים באופן אקטיבי את הפלט שלהם על סמך מה שהם מזהים", אמרו גלוזר ו-ונק.
"באופן אישי, אני מוצא את השילוב של מתמטיקה פשוטה וייצור מדויק מאוד יפה", אמר נוריס. "המתמטיקה מנבאת איזו דפוס גלי מטורף עבור פלט אופטי ספציפי. אנחנו הולכים ויוצרים את הדפוס הזה על פני השטח והמכשיר מיד יוצר את הפלט שאנחנו רוצים. במילים אחרות, מתמטיקה באמת עובדת!"