เทคโนโลยีในฝัน โฮโลแกรม 3 มิติ กำลังจะเป็นจริงบนสมาร์ทโฟน ?

เมื่อพูดถึงเทคโนโลยีโฮโลแกรม 3 มิติที่ก่อนหน้านี้เห็นได้เฉพาะในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์ ในไม่อีกไม่นานเกินรออาจเป็นจริงในอีกไม่ช้า จนถึงขณะนี้ สามารถจับภาพโฮโลแกรม 3 มิติที่ใช้วิธี Phase Shifting Holography ได้โดยใช้กล้องพิเศษขนาดใหญ่ที่มีฟิลเตอร์โพลาไรซ์ อย่างไรก็ตาม กลุ่มวิจัยของเกาหลีเพิ่งพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถสร้างเซ็นเซอร์วัดแสงใหม่ภายในกล้อง เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับโพลาไรซ์ของแสงเพื่อสร้างภาพ 3 มิติโดยไม่ต้องใช้ฟิลเตอร์ขนาดใหญ่รับโฮโลแกรมบนอุปกรณ์พกพาอย่างสมาร์ทโฟนในมือของเรานี้เอง

 โฮโลแกรม (Holograms) คืออะไร ?

โฮโลแกรม (Holograms) เป็นภาพเสมือน 3 มิติที่เกิดขึ้นมาจากการฉายภาพ 2 มิติ โดยอาศัยหลักการการแทรกสอดของแสง (เกิดขึ้นก็ต่อเมื่อลำแสง 2 ลำเคลื่อนที่มาพบกัน จะรวมตัวกันและแทรกสอดกันเกิดเป็นแถบมืดและแถบสว่างบนฉาก) ทำให้เกิดภาพไปตกกระทบลงบนกระจก พลาสติก โลหะหรือวัสดุที่ใช้รองรับการเกิดภาพ โฮโลแกรมเป็นสิ่งที่อยู่ระหว่างสิ่งที่อยู่ในรูปถ่ายซึ่งเป็น 2 มิติกับสิ่งที่ตาเราเห็นจริง ๆ ซึ่งคือภาพ 3 มิติ โฮโลแกรมคือการบันทึกการสะท้อนของแสงจากวัตถุไว้อย่างถาวรเช่นเดียวกับรูปถ่ายแต่โฮโลแกรมจะมีความเหมือนจริงมากกว่า เนื่องจากเป็นภาพ 3 มิติและสามารถเคลื่อนไหวได้เหมือนสิ่งของทั่วไป ซึ่งสิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยอาศัยหลักการการแทรกสอดของแสง

หลักการเกิดภาพ 3 มิติ

สมมติว่าเราต้องการถ่ายรูปแอปเปิล เมื่อเรากดชัตเตอร์เพื่อที่จะถ่ายภาพ แสงจะสามารถผ่านรูรับแสงเข้ามากระทบที่แผ่นฟิล์ม แสงทั้งหมดจะพุ่งตรงเข้ามาสู่เลนส์ในทิศทางเดียว และทำให้กล้องสามารถบันทึกแสง ความเข้มและสีต่าง ๆ ของแอปเปิล ทำให้เราเห็นภาพแอปเปิลใน 2 มิติ แต่ถ้าเรามองแอปเปิลด้วยตาเปล่า จะมีบางอย่างที่แตกต่างออกไป แสงจะสะท้อนออกจากพื้นผิวของแอปเปิลในทุกทิศทางแล้วสะท้อนเข้าสู่ตาเรา จากนั้นสมองจะรวบรวมแสงต่าง ๆ ที่เข้ามาและประมวลผลออกมาเป็นภาพใน 3 มิติ และเมื่อเราเปลี่ยนตำแหน่งการมอง แสงที่สะท้อนออกมาจากแอปเปิลก็จะทำมุมที่เปลี่ยนไป แสงที่เข้าสู่ตาเราก็จะเปลี่ยนไปด้วย ทำให้เราอาจจะเห็นแอปเปิลเข้มขึ้นหรือมีสีที่แตกต่างจากตอนที่เราเห็นแอปเปิลจากตำแหน่งอื่น และนี่คือเหตุผลที่เราเห็นภาพใน 3 มิติ

กระทั้งสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งเกาหลี (KIST, ผู้อำนวยการ Seok-jin Yoon) เพิ่งประกาศว่าทีมวิจัยที่นำโดย Dr. Min-Chul Park และ Dr. Do Kyung Hwang จาก Center for Opto-Electronic Materials and Devices ร่วมกับ ทีมวิจัยที่นำโดย Prof. Seongil Im จากภาควิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Yonsei ประสบความสำเร็จในการพัฒนาโฟโตไดโอดที่ตรวจจับโพลาไรเซชันของแสงในย่านอินฟราเรดใกล้โดยไม่ต้องใช้ฟิลเตอร์โพลาไรซ์เพิ่มเติม และทำให้ได้ภาพโฮโลแกรมขนาดย่อส่วน เซ็นเซอร์สำหรับโฮโลแกรมดิจิตอล 3 มิติ โดยใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติ: รีเนียมไดเซเลไนด์และทังสเตนไดเซเลไนด์ โฟโตไดโอดซึ่งแปลงแสงเป็นสัญญาณปัจจุบันเป็นส่วนประกอบสำคัญภายในพิกเซลของเซนเซอร์ ภาพ ในกล้องดิจิตอลและสมาร์ทโฟน การแนะนำความสามารถในการรับรู้โพลาไรซ์ของแสงที่เซ็นเซอร์ภาพของกล้องทั่วไปจะให้ข้อมูลใหม่ที่หลากหลาย

ทำให้สามารถจัดเก็บโฮโลแกรม 3 มิติได้ กล้องตรวจจับโพลาไรซ์ก่อนหน้านี้มีฟิลเตอร์โพลาไรซ์เพิ่มเติม ซึ่งมีขนาดหลายร้อยไมโครเมตร ติดอยู่กับเซ็นเซอร์ภาพออปติคอลไดโอดขนาดเล็กพิเศษ ซึ่งมีขนาดน้อยกว่าไมโครเมตร ดังนั้นจึงไม่สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาได้เนื่องจากไม่สามารถรวมและย่อขนาดได้

ซึ่งกลุ่มวิจัยได้พัฒนาโฟโตไดโอดโดยการซ้อนสารกึ่งตัวนำชนิด รีเนียม ไดเซเลไนด์ ซึ่งแสดงความแตกต่างในการดูดกลืนแสงขึ้นอยู่กับมุมโพลาไรเซชันเชิงเส้นของแสงในย่านอินฟราเรดใกล้ (980 นาโนเมตร) และสารกึ่งตัวนำชนิด ทังสเตนไดเซเลไนด์ ซึ่งไม่แสดงความแตกต่างในการตอบสนองของภาพถ่ายขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชัน แต่ให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า อุปกรณ์นี้มีความยอดเยี่ยมในการตรวจจับด้วยแสงในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ตั้งแต่รังสีอัลตราไวโอเลตไปจนถึงอินฟราเรดใกล้ แม้กระทั่งสามารถเลือกตรวจจับลักษณะโพลาไรเซชันของแสงในย่านอินฟราเรดใกล้แบบเลือกได้ กลุ่มวิจัยใช้อุปกรณ์นี้เพื่อสร้างเซ็นเซอร์ภาพโฮโลแกรมดิจิทัลที่บันทึกลักษณะโพลาไรซ์เพื่อจับภาพโฮโลแกรมได้สำเร็จ

ทั้งนี้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน ถ้าจะแค่ทำ ‘ภาพนิ่ง 3 มิติ’ นั้นไม่ยากเย็นอะไร แต่ความยากที่แท้กลับอยู่ที่การสร้าง ‘ภาพเคลื่อนไหว 3 มิติ’ เพราะต้องใช้พลังการประมวลผลสูงมากๆ ระดับที่ในปัจจุบันยังต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทำ แต่ด้วยการค้นพบวิธีการสร้างโฮโลแกรมโดยใช้พลังประมวลผลน้อยมาก ระดับที่สามารถประมวลผลบน iPhone ที่ตกรุ่นไปนิดหน่อยก็ยังทำ

โดย ดร. Hwang จาก KIST กล่าวว่า “จำเป็นต้องมีการวิจัยเกี่ยวกับการลดขนาดและการรวมองค์ประกอบแต่ละส่วนเพื่อทำให้ระบบโฮโลแกรมย่อขนาดในที่สุด ผลการวิจัยของเราจะเป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาโมดูลเซ็นเซอร์กล้องโฮโลแกรมขนาดจิ๋วในอนาคต” นอกจากนี้ ดร.ปาร์ค ยังกล่าวอีกว่า “เซ็นเซอร์ใหม่สามารถตรวจจับแสงอินฟราเรดย่านใกล้ได้มากขึ้น เช่นเดียวกับแสงที่มองไม่เห็นก่อนหน้านี้ ซึ่งเปิดโอกาสใหม่ๆ ในด้านต่างๆ เช่น การมองเห็นตอนกลางคืนแบบ 3 มิติ การขับเคลื่อนด้วยตนเอง เทคโนโลยีชีวภาพ และระยะใกล้ การได้มาซึ่งข้อมูลอินฟราเรดสำหรับการวิเคราะห์และฟื้นฟูทรัพย์สินทางวัฒนธรรม”

ซึ่งก็อาจจะไม่ใช่เรื่องไกลตัวอีกต่อไป เชื่อได้ว่าอกีไม่นานเกินรอเราคงได้มีโอกาสลุ้นที่จะได้ใช้เทคโนโลโฮโลแกรมกันจริงๆสักครั้ง โดยงานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสารสนเทศของเกาหลี (รัฐมนตรีเฮยซุก ลิม) ในฐานะโครงการวิจัยและพัฒนาของสถาบัน KIST และกระทรวงวัฒนธรรม กีฬา และการท่องเที่ยวของเกาหลี (รัฐมนตรีฮวัง ฮี) ในฐานะโครงการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีทางวัฒนธรรมของเกาหลี Creative Content Agency- ศูนย์ส่งเสริมวัฒนธรรม ศิลปะ กีฬา และเทคโนโลยีการท่องเที่ยว ผลลัพธ์ได้รับการเผยแพร่ใน ACS Nano ฉบับเดือนพฤศจิกายน  (2021)

ขอบคุณขข้อมูล studyfinds.org ,eurekalert.org , phys.org