Cómo ver, oír y sentir con ultrasonidos

Los hologramas en 3D de personajes y objetos que aparecen en La Guerra de las Galaxias, Iron 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, ofrece simultáneamente contenido auditivo y táctil.

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: 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 hacer levitar una diminuta y ligera partícula de poliespan blanca, que luego, con la ayuda de un módulo de iluminación RGB, va adquiriendo distintos colores en cada punto del espacio, según lo que se quiera representar”.

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.

La perfecta sincronización entre las trampas de levitación, que operan a 40 kilohercios (40.000 actualizaciones por segundo) para mover la partícula, y el módulo de iluminación que la colorea se consigue gracias al propio hardware del equipo.

“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”, señala.

Además, los transductores que lleva el dispositivo MATD para generar las ondas se pueden enfocar hacia un mismo sitio para generar un punto de alta presión, un botón virtual en el vacío que un dedo puede sentir. 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.

“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. Son dos trampas acústicas, pero el dispositivo solo genera una a una, aunque muy rápido”, dice el coautor.

Futuras aplicaciones

“Se trata de un primer paso, pero hemos demostrado que así se puede controlar la materia y estimular tres sentidos”, señala Martínez, quien destaca algunas aplicaciones de este dispositivo tanto en el campo de la realidad virtual y diseño de nuevas pantallas o displays, como en el de la biomedicina.

Los investigadores no solo han 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.