Uni Bay­reuth: Wissenschaftler*innen las­sen leuch­ten­de Figu­ren in der Luft schweben

Uni Bayreuth: Wissenschaftler*innen lassen leuchtende Figuren in der Luft schweben November 2022
Viktorija Paneva M.Sc., Prof. Dr. Jörg Müller und Dr. Arthur Fleig in einem Forschungslabor zur Levitation. Foto: UBT / Chr. Wißler.

Aku­sti­sche Levi­ta­ti­on: Bay­reu­ther Forscher*innen las­sen leuch­ten­de Figu­ren in der Luft schweben

Uni Bayreuth: Wissenschaftler*innen lassen leuchtende Figuren in der Luft schweben November 2022

Durch Levi­ta­ti­on erzeug­te, schein­bar schwe­ben­de Figu­ren in der Luft. Foto: Jan Milosch.

Bewe­gun­gen von Gegen­stän­den durch Schall­wel­len zu steu­ern, ist das Ziel eines noch jun­gen For­schungs­ge­biets, der aku­sti­schen Levi­ta­ti­on. Ein For­schungs­team der Uni­ver­si­tät Bay­reuth hat hier­für jetzt ein neu­es System ent­wickelt: Win­zi­ge Teil­chen wer­den durch Schall­wel­len ein­ge­fan­gen und auf vor­pro­gram­mier­ten Bah­nen, die den Umris­sen von Lebe­we­sen oder All­tags­ge­gen­stän­den ent­spre­chen, mit hoher Geschwin­dig­keit durch die Luft geschickt. Die Teil­chen leuch­ten far­big und erzeu­gen den Ein­druck, als wür­den die­se Figu­ren frei in der Luft schwe­ben. In der Zeit­schrift „ACM Tran­sac­tions on Gra­phics“ stel­len die Wissenschaftler*innen das neue Levi­ta­ti­ons­sy­stem namens „Opti­Trap“ vor.

Uni Bayreuth: Wissenschaftler*innen lassen leuchtende Figuren in der Luft schweben November 2022

Vik­to­ri­ja Pane­va M.Sc. prä­sen­tiert „Opti­Trap“ auf der Fach­kon­fe­renz SIG­GRAPH Vik­to­ri­ja Pane­va M.Sc. prä­sen­tiert „Opti­Trap“ auf der Fach­kon­fe­renz SIG­GRAPH in Van­cou­ver. Foto: Privat

Schon seit meh­re­ren Jah­ren ist die For­schung zur aku­sti­schen Levi­ta­ti­on in der Lage, feste Par­ti­kel mit einer Grö­ße von rund zwei Mil­li­me­tern in soge­nann­ten „aku­sti­schen Fal­len“ zu fixie­ren und ihre Bewe­gun­gen in der Luft zu beein­flus­sen. Doch bis die Teil­chen sich tat­säch­lich mit hoher Geschwin­dig­keit auf den gewünsch­ten Bah­nen fort­be­we­gen und far­bi­ge, schein­bar schwe­ben­de Figu­ren im Raum erzeu­gen, bedurf­te es bis­her in jedem Ein­zel­fall zahl­rei­cher Expe­ri­men­te nach dem Prin­zip „Ver­such und Irr­tum“. Die Fre­quenz und räum­li­che Aus­rich­tung der zur Steue­rung der Teil­chen ein­ge­setz­ten Schall­wel­len muss­te dabei immer wie­der von neu­em ange­passt werden.

Das von den Forscher*innen der Uni­ver­si­tät Bay­reuth ent­wickel­te System „Opti­Trap“ mar­kiert jetzt einen grund­le­gen­den Fort­schritt: Erst­mals ist es mög­lich, die Posi­tio­nie­rung der aku­sti­schen Fal­len im Vor­aus so prä­zi­se zu berech­nen, dass die ein­ge­fan­ge­nen Teil­chen tat­säch­lich „gehor­chen“ und sich zuver­läs­sig auf den jeweils vor­ge­ge­be­nen Bah­nen bewe­gen. Hin­zu kommt ein wei­te­rer Vor­teil: Das neue System ermög­licht eine bis­her unbe­kann­te Viel­ge­stal­tig­keit der Bah­nen. Kom­ple­xe Objek­te mit schar­fen Kan­ten, spit­zen Win­keln sowie weit­räu­mi­gen Kur­ven gehö­ren nun zum Reper­toire dar­stell­ba­rer Ele­men­te, aus denen sich die Bah­nen zusam­men­set­zen kön­nen. So erzeu­gen die von far­bi­gen Leucht­di­oden ange­leuch­te­ten Teil­chen, die sich auf die­sen Bah­nen fort­be­we­gen, die Umris­se von Tie­ren, Pflan­zen oder all­täg­li­chen Gebrauchs­ge­gen­stän­den. Ihre Geschwin­dig­keit ist in allen Fäl­len so hoch, dass das mensch­li­che Auge die Fort­be­we­gung nicht bemerkt, son­dern nur die im Raum schwe­ben­de, leuch­ten­de Figur als Gan­zes wahr­nimmt. „Opti­Trap“ eig­net sich des­halb her­vor­ra­gend für über­ra­schen­de visu­el­le Effek­te in Fil­men und Theateraufführungen.

Uni Bayreuth: Wissenschaftler*innen lassen leuchtende Figuren in der Luft schweben November 2022

Schall­wel­len las­sen ein Herz im Raum schwe­ben. Foto: Jörg Müller.

Im August 2022 hat die Bay­reu­ther Erst­au­torin der neu­en Stu­die, Vik­to­ri­ja Pane­va M.Sc., das Levi­ta­ti­ons­sy­stem „Opti­Trap“ auf der inter­na­tio­na­len Fach­kon­fe­renz SIG­GRAPH im kana­di­schen Van­cou­ver vor­ge­stellt. „Unser nume­ri­scher Ansatz, der „Opti­Trap“ zugrun­de liegt, ist in der Fach­welt auf star­kes Inter­es­se gesto­ßen. Unab­hän­gig von der Ästhe­tik der Leucht­ef­fek­te, die wir damit erzie­len kön­nen, wur­de unser System unter mathe­ma­ti­schen und phy­si­ka­li­schen Aspek­ten als bedeu­ten­de Inno­va­ti­on auf dem Weg zu einem ver­tief­ten Ver­ständ­nis aku­sti­scher Levi­ta­ti­on auf­ge­fasst. Wir wer­den es in den näch­sten Jah­ren wei­ter ver­fei­nern und noch lei­stungs­fä­hi­ger gestal­ten“, sagt Paneva.

For­schungs­för­de­rung: Die jetzt ver­öf­fent­lich­te Stu­die ist aus dem EU-Pro­jekt „Levi­ta­te“ her­vor­ge­gan­gen, in dem die Uni­ver­si­tät Bay­reuth mit drei wei­te­ren Uni­ver­si­tä­ten zusam­men­ar­bei­tet: der Uni­ver­si­ty of Glas­gow, dem Uni­ver­si­ty Col­le­ge Lon­don und der Chal­mers Uni­ver­si­ty of Tech­no­lo­gy in Göte­borg. Auch das Unter­neh­men Ultra­leap war an den For­schungs­ar­bei­ten beteiligt.

Ver­öf­fent­li­chung: Vik­to­ri­ja Pane­va, Arthur Fleig, Die­go Mar­tí­nez Pla­sen­cia, Timm Faul­was­ser, Jörg Mül­ler: Opti­Trap: Opti­mal Trap Tra­jec­to­ries for Acou­stic Levi­ta­ti­on Dis­plays. ACM Tran­sac­tions on Gra­phics (2022), DOI: https://​dl​.acm​.org/​d​o​i​/​f​u​l​l​/​1​0​.​1​1​4​5​/​3​5​1​7​746

Video: Teil der Prä­sen­ta­ti­on von „Opti­Trap“ in Van­cou­ver war die­ses von Vik­to­ri­ja Pane­va M.Sc. ange­fer­tig­te Video 

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