Generare ologrammi in tempo reale: lo studio del MIT

Generare ologrammi in tempo reale: il metodo “tensor holography” proposto dal MIT riproposto da StartUp Mag

Generare ologrammi in tempo reale. E’ questa l’ultima scoperta del team del MIT mediante un metodo innovativo chiamato tensor holography, capace di sviluppare un ologramma in tempo reale mediante il proprio smartphone. Questo studio potrebbe essere applicato soprattutto al campo medico e della stampa in 3D. Vediamo nello specifico in cosa consiste questo studio, nel post a cura di StartUp Mag!

Ologrammi in tempo reale: la nuova sfida che attende la tecnologia moderna

Gli ologrammi offrono una rappresentazione eccezionale del mondo in 3D che ci circonda. Gli ologrammi danno infatti una prospettiva mutevole in base alla posizione dello spettatore e consentono all’occhio di regolare la profondità focale per mettere a fuoco alternativamente il primo piano e lo sfondo, non affaticando eccessivamente la retina.

I ricercatori hanno studiato a lungo il modo migliore di creare ologrammi, ma la metodologia e i risultati non sono stati fino ad ora all’altezza della situazione. Almeno fino a questo momento. Questo perchè i ricercatori del MIT hanno sviluppato un modo nuovo di creare un ologramma, utilizzando il proprio laptop o addirittura lo smartphone.

“La gente in precedenza pensava che con l’hardware di livello consumer esistente fosse impossibile eseguire calcoli olografici 3D in tempo reale”, afferma Liang Shi, autore principale dello studio e studente di dottorato presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica (EECS) del MIT. “Si è spesso detto che i display olografici saranno disponibili in commercio tra 10 anni, ma questa affermazione esiste da decenni”.

Shi crede che il nuovo approccio, che il team chiama “olografia tensoriale”, porterà finalmente alla possibilità di generare ologrammi in tempo reale senza attendere altri 10 lunghi anni.

Shi ha lavorato allo studio, pubblicato oggi su Nature, con il suo consulente e coautore Wojciech Matusik. Altri coautori includono Beichen Li di EECS e Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory del MIT, così come gli ex ricercatori del MIT Changil Kim (ora a Facebook) e Petr Kellnhofer (ora alla Stanford University).

La ricerca del MIT nello specifico

Sviluppati per la prima volta a metà del 1900, i primi ologrammi venivano registrati otticamente. Ciò ha richiesto la divisione di un raggio laser, con metà del raggio utilizzato per illuminare il soggetto e l’altra metà utilizzata come riferimento per la fase delle onde luminose. Questo riferimento genera il senso di profondità unico di un ologramma. Le immagini risultanti però erano statiche, quindi non potevano catturare il movimento. Ed erano solo copie cartacee, il che le rendeva difficili da riprodurre e condividere.

L’olografia generata dal computer elude queste sfide simulando la configurazione ottica. Il problema è che ogni punto sulla scena ha una profondità diversa e non è possibile applicare le stesse operazioni per tutti gli ologrammi. Ciò richiede prestazioni elevate e non è possibile riprodurre un ologramma in maniera semplice e veloce. Almeno fino a questo momento. Infatti il team di Shi ha adottato l’Intelligenza Artificiale per aggirare l’ostacolo, puntando sulla capacità del computer di apprendere da sé stesso, modellando l’ologramma a seconda del caso e generandolo in tempo reale.

Il team che ha lavorato al progetto ha utilizzato una rete neurale convoluzionale, una tecnica di elaborazione che utilizza una catena di tensori addestrabili per imitare approssimativamente il modo in cui gli esseri umani elaborano le informazioni visive. L’addestramento di una rete neurale richiede in genere un set di dati di grandi dimensioni e di alta qualità, che in precedenza non esisteva per gli ologrammi 3D. Infatti il team ha generato un database di oltre 4.000 coppie di immagini generate al computer. Apprendendo da ogni coppia di immagini, la rete modificava di volta in volta i parametri dei propri calcoli, migliorando così la capacità di generare l’ologramma.

Matusik ha commentato così la scoperta:

“Siamo stupiti di come funziona. In pochi millisecondi, l’olografia tensoriale può creare ologrammi da immagini con informazioni di profondità, che sono fornite da tipiche immagini generate al computer e possono essere calcolate da una configurazione multicamera o da un sensore LiDAR (entrambi sono standard su alcuni nuovi smartphone). Questo progresso apre la strada all’olografia 3D in tempo reale. Inoltre, la rete tensoriale compatta richiede meno di 1 MB di memoria. È trascurabile, considerando le decine e centinaia di gigabyte disponibili sull’ultimo telefono cellulare”.

La ricerca “mostra che i veri display olografici 3D sono pratici con requisiti di calcolo solo moderati”, afferma Joel Kollin, uno dei principali architetti ottici di Microsoft, che non è stato coinvolto nella ricerca, aggiungendo che “questo documento mostra un netto miglioramento della qualità dell’immagine rispetto al lavoro precedente che aggiungerà realismo e comfort per lo spettatore”. 

Conclusioni

L’uso di questa nuova metodologia potrebbe consentire presto la generazione di ologrammi di ottima risoluzione su laptop e smartphone, impiegati in diversi campi, dall’Entertainment al campo medicale, fino alla stampa 3D. Non ci resta quindi che attendere ancora un pò prima di immergerci nella realtà virtuale migliore di sempre.

Per accedere allo studio del MIT, potete cliccare sull’articolo originale.

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