科幻電影中的懸浮透明屏幕，已經(jīng)走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)！

出品：科普中國(guó)

作者：趙曼宇（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

還記得《鋼鐵俠》中托尼·史塔克那酷炫的工作臺(tái)嗎？他只需輕輕一揮手，就能將平板上的內(nèi)容投射到空氣中，并在空氣中對(duì)它們進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大和自由操控。

如今，借助我國(guó)科研人員的自主研發(fā)，這樣的場(chǎng)景已經(jīng)不再是遙不可及的夢(mèng)想，而是成為觸手可及的現(xiàn)實(shí)。

2024年的6月22日，在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的畢業(yè)典禮上，校長(zhǎng)包信和院士就以一種不同尋常的方式進(jìn)行了發(fā)言——他沒有像往常一樣拿著演講稿，而是使用了一種“空中成像提詞器”，實(shí)現(xiàn)了“瀟灑脫稿”演講。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校長(zhǎng)在畢業(yè)典禮上用神器脫稿演講：空中直接成像，僅正面使用者可見

（圖片來源：搜狐新聞）

這一場(chǎng)景被視頻記錄下來并在網(wǎng)上傳播后，立刻引起了廣大網(wǎng)友的關(guān)注和熱議，許多網(wǎng)友紛紛感嘆，仿佛科幻電影中的場(chǎng)景走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。

能實(shí)現(xiàn)空中成像，是一種什么技術(shù)？

包信和院士的“空中成像提詞器”背后，其實(shí)是可交互式空中成像技術(shù)?？山换ナ娇罩谐上窦夹g(shù)，又稱可交互空氣成像技術(shù)或可交互全息空氣影像技術(shù)，是一種全新的顯示和交互技術(shù)。

它基于光場(chǎng)重構(gòu)原理，利用光波導(dǎo)的空中成像方法，通過一種具有負(fù)折射功能的新型材料——負(fù)折射平板透鏡，將原本發(fā)散至空間各處的光線在空氣中重新匯聚，形成無需任何實(shí)體介質(zhì)承載的真實(shí)三維圖像。

這項(xiàng)可交互式空中成像技術(shù)的核心主要分為三大塊：光源、負(fù)折射平板透鏡以及交互傳感器。其中，成像和交互是這項(xiàng)技術(shù)的兩大關(guān)鍵要素。

成像的核心在于負(fù)折射平板透鏡，這塊神奇的玻璃應(yīng)用了光場(chǎng)重構(gòu)原理，能夠?qū)l(fā)射的光線在空中重新匯聚。

負(fù)折射平板透鏡原理

（圖片來源：作者提供）

從而形成不需要介質(zhì)承載的實(shí)像。在物理學(xué)中，入射光線與折射光線通常會(huì)分布在光學(xué)界面的法線兩側(cè)。然而，在負(fù)折射平板透鏡的作用下，原像和實(shí)像卻能夠在法線的同一側(cè)呈現(xiàn)，就像是在法線的位置又安裝了一個(gè)反射鏡一樣，從而形成了我們現(xiàn)在所看到的空中成像。

那么，交互又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？這就需要提到另一個(gè)神器——單邊紅外傳感器。它將多組紅外激光信號(hào)照射到空氣中，形成一個(gè)感應(yīng)平面。當(dāng)有物體進(jìn)入這個(gè)感應(yīng)平面時(shí)，單邊紅外傳感器能夠迅速感知并進(jìn)行指令反饋。因此，我們只需要在空中進(jìn)行操作，就能夠?qū)崿F(xiàn)與圖像的交互。

可交互式空中成像，有什么應(yīng)用？

與傳統(tǒng)的顯示技術(shù)相比，可交互式空中成像技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先，它打破了屏幕的限制，實(shí)現(xiàn)了真正的無介質(zhì)成像，使得圖像可以懸浮在空中，為用戶帶來更加沉浸式的視覺體驗(yàn)。其次，通過先進(jìn)的交互控制技術(shù)，用戶可以直接與懸浮在空中的實(shí)像進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，這種非接觸式的交互方式不僅更加直觀和高效，還避免了因?qū)嵨锝佑|而產(chǎn)生的交叉感染等問題。

具體的應(yīng)用也得益于它的優(yōu)勢(shì)，比如，在醫(yī)院里，患者可以通過點(diǎn)擊空中屏幕來實(shí)現(xiàn)預(yù)約、掛號(hào)、繳費(fèi)等一系列操作；在公共設(shè)施方面，公共電梯、智慧交通、智慧垃圾房等也都陸續(xù)采用了無接觸式操作方式，既不影響操作又極大地避免了人體接觸，使操作更加方便衛(wèi)生；在工程安全領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)可有效規(guī)避靜電塵埃、水漬等因素對(duì)精密操作設(shè)備的影響，大幅提升了工程作業(yè)中的安全性能和效率。

結(jié)語

回望過去，一百年前，我們的先輩曾幻想過可視的電話、會(huì)飛的汽車和無所不在的機(jī)器人；三十年前，我們也在科幻電影中描繪過未來的樣子。然而，當(dāng)我們真正將科幻電影中的畫面拿到現(xiàn)實(shí)中來時(shí)，才深刻理解了那句話：“科技——讓生活更美好”?；蛟S，我們投出的不僅僅是一張張操作界面，更是一個(gè)個(gè)美好生活的瞬間，這就是科技的力量！