На каких продуктах есть голограммы

Содержание статьи

Физики сделали съедобные голограммы из кукурузного сиропа и ванильного экстракта

Bader AlQattan et al. / ACS Nano, 2021

Физики разработали методику создания голографических изображений на съедобных сахарных пластинках из кукурузного сиропа и ванильного экстракта. Для оптимизации созданной техники ученые исследовали оптические свойства сахарных дифракционных решеток, а также продемонстрировали возможный вид получаемых таким образом голограмм. Потенциально такая технология может быть использована в пищевой промышленности в целом ряде задач: к примеру, как в качестве украшения кондитерских изделий, так и для проверки состава продукта. Статья опубликована в журнале ACS Nano.

Оптическая голограмма, в отличие от обычной фотографии, хранит в себе информацию не только о цвете и интенсивности регистрируемого света, но и фазах волн, приходящих от интересующего нас объекта. Это возможно благодаря тому, что в ходе записи голограммы на регистрирующую пластинку направляются одновременно две волны света от одного источника: одна (опорная) сразу же попадает на фотопластинку или иной регистрирующий материал, а другая (объектная) предварительно отражается от предмета, который хочется запечатлеть. В результате интерференции этих двух волн в материале будущей голограммы возникают области максимумов и минимумов интенсивности падающего на нее светового поля, которые превращают фоточувствительную пластинку в замысловатую дифракционную решетку. Если таким образом записать голограмму, а затем посветить на нее опорной волной с теми же характеристиками, что и при записи, то в ходе дифракции при взаимодействии с фотопластинкой эта волна преобразуется в копию искомой объектной волны. То есть на выходе наблюдатель увидит объемное изображение исходного объекта.

Помимо очевидного преимущества голографии в полноте записываемой информации об объекте, у такого метода регистрации изображения есть еще одна особенность: даже маленькая часть голограммы (к примеру, после ее повреждения или раздробления на маленькие части) хранит информацию о всех зарегистрированных объектах. То есть даже частичная утрата голограммы не приводит к потере двумерного изображения, хоть и влечет за собой уменьшение диапазона доступных ракурсов и ухудшение четкости. Тем не менее, особенно широкого практического применения голограммы пока не сыскали, в первую очередь из-за сложных процессов записи и воспроизведения: в них должен использоваться мощный источник монохроматического света, роль которого обычно играет лазер.

Но физики не отчаиваются и продолжают искать способы технически упростить методы голографии и найти ей применение в повседневной жизни. Так, у голографии большой потенциал для применения в пищевой области: съедобные голограммы могли бы быть не только приятным украшением и повысить привлекательность разных продуктов питания, но и защитить потребителя от некачественной или поддельной еды. В этом случае, однако, к проблеме технологической сложности записи голограммы добавляются и ограничения на регистрирующий фотоматериал: он должен быть не только съедобным, но и устойчивым к разложению, а также не должен усложнять процесс регистрации светового поля изображаемого объекта. Теперь же выяснилось, что таким требованиям хорошо соответствуют пластинки из тонкого слоя высушенного раствора кукурузного сиропа с ванильным экстрактом. К такому выводу пришел Бадер АльКаттан (Bader AlQattan) из Бирмингемского университета вместе с коллегами в своем исследовании дифракционных свойств сахарных фотопластинок, облученных лазером по схеме записи Денисюка.

Исходные пластинки толщиной 100 микрон ученые получали в процессе трехчасового высушивания раствора, который состоял из 1,5 миллилитра ванильного экстракта, 2 миллилитров сахарного сиропа и 0,5 миллилитра воды. Этот состав физики предпочли благодаря тому, что полученные таким образом пластинки оказались тверже чем те, в которых было меньше ванильного экстракта. Затем физики напыляли на сахарные пластинки слой черного красителя толщиной в 900 нанометров, чтобы усилить поглощение лазера с последующей абляцией, благодаря которой на поверхности пластинок возникали дифракционные структуры. Само облучение происходило по схеме, похожей на схему записи Денисюка: опорная волна лазера (с длиной волны в 1064 нанометра) проходила сквозь сахарную пластинку и отражалась от зеркала (на месте которого в классическом случае должен был бы стоять изображаемый объект), формируя объектную волну. В рамках такой схемы интерференционные максимумы и минимумы на пластинке располагались параллельно друг другу, а значит в результате облучения сахарная пластинка превращалась в классическую дифракционную решетку, период которой исследователи могли варьировать за счет изменяемого угла положения пластинки в ходе облучения.

На каких продуктах есть голограммы

Схема установки

Bader AlQattan et al. / ACS Nano, 2021

Для выбора оптимальных параметров облучения ученые варьировали угол, под которым исходная волна падала на сахарную пластинку, а также изменяли содержание сахара в исходном растворе. Оказалось, что наибольшей эффективностью обладали дифракционные пластинки, полученные при облучении лазером под углом в 35 градусов, что соответствовало периоду дифракционной решетки в 1050 нанометров. Для такой пластинки, как и ожидалось, физики получили наибольшие углы положения первого максимума дифракционной картины при облучении монохроматическим светом и самые широкие спектры при облучении белым светом. Добавление сахара в исходный раствор, в свою очередь, приводило к увеличению показателя преломления сахарной пластины и к уменьшению угла первого максимума полученной таким образом дифракционной решетки. Это значит, что по оптическим свойствам таких структур можно, в том числе, следить за составом вещества, из которого они сделаны (или в котором они находятся).

На каких продуктах есть голограммы

Полученные дифракционные решетки для разных значений угла, под которым облучалась сахарная пластинка: от 10 градусов (a1) до 35 градусов (a6)

Bader AlQattan et al. / ACS Nano, 2021

Наконец, исследователи показали примеры возможных съедобных радужных голографических изображений, чтобы продемонстрировать, как описанная технология может быть применена на практике. Физики отметили, что разработанный ими метод голографии не требует много времени и ресурсов, а полученные результаты в будущем могут быть применены для создания более сложных голограмм или других наноструктур на съедобных носителях. Ученые отметили и то, что полученные структуры сохраняли свои оптические свойства в течение нескольких месяцев, а значит устойчивы к износу и деградации. В настоящей работе, однако, на поверхность сахарных пластинок напылялся синтетический краситель. Хоть он и не был токсичным и почти весь удалялся в ходе облучения лазером, для реального использования технологии в пищевой индустрии ее необходимо адаптировать с использованием пищевых красителей.

На каких продуктах есть голограммы

Примеры полученных голограмм

Bader AlQattan et al. / ACS Nano, 2021

Кроме кукурузного сиропа с ванильным экстрактом в качестве основы для голограмм можно использовать и другие сладости: ранее мы рассказывали, как инженеру удалось записать голограммы на поверхности шоколада. Также голограммы можно создавать и на квантовом уровне, а неделю назад у физиков получилось сделать это даже без прямого наложения волн.

Никита Козырев

Источник

Применение голограмм

Виды голограмм

За время с момента появления голограмм было разработано несколько видов таких наклеек.

Наиболее распространены следующие типы:

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ГОЛОГРАММЫ

Голограммы такого формата имеют уникальный дизайн и позволяют обеспечить максимальный уровень защиты, а также повысить эффективность операций маркетингового сектора. Наклейки с такими изображениями нанесены на большую часть продукции от ведущих мировых производителей. Причина этому в том, что эти голограммы состоят из наибольшего числа защитных и визуальных частей, скопировать которые невозможно даже в том случае, если применяется профессиональное оборудование.

При этом стоимость нанесения оригинальных изображений выгодна при больших тиражах, так как с увеличением количества наклеек снижается цена за отдельный экземпляр.

Удобно и то, что здесь матрицу необходимо производить только

1 раз. Поэтому при выпуске повторного тиража сроки изготовления сокращаются.

Срок изготовления первого тиража — 24 рабочих дня.

Матрица изготавливается только один раз

Повторные тиражи 5-7 рабочих дней

СТАНДАРТНЫЕ ГОЛОГРАММЫ

За счет простоты изготовления сокращаются сроки на выполнение заказа по нанесению голограмм такого типа. Причина этому в том, что здесь не требуется создавать оригинальную матрицу. Кроме того, это позволяет снизить затраты на производство и менять дизайн для нового тиража. Информацию о компании (контактные данные, логотип) можно выделить цветом.

Изготавливаются из настоящей голографической фольги со всеми свойствами защиты.

Нанесение изображения методом деметаллизации

Короткие сроки изготовления 1 — 2 рабочих дня

Доступны защитные свойства от переклеивания

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ЛАМИНАТ

Это специальная пленка небольшого размера, наносимая поверх документов, для которых требуется защита. Ламинат прозрачный, поэтому данные на бланках отображаются без искажений. За счет того, что голографическое изображение становится заметно только под определенным углом, получится создавать оригинальные дизайны для нанесения на пленку. Именно этот вид используется на паспортах и водительских правах.

Срок изготовления первого тиража — 24 рабочих дня

Повторные тиражи 5-7 рабочих дней

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ПЛОМБЫ

Этот тип голограмм необходим в случае, если нужно защитить упаковку от вскрытия. В случае, если такая ситуация произошла, на несанкционированный доступ будут указывать повреждения на пломбе. При этом заменить защитный элемент на новый невозможно, так как они имеют уникальный номер. Получится изготовить пломбы для документов любого размера. Они отличаются прочностью и устойчивы к воздействию влаги.

Срок изготовления первого тиража — 24 рабочих дня

Доступны защитные свойства от переклеивания

ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ФОЛЬГА ГОРЯЧЕГО ТИСНЕНИЯ (ФГТ)

Это — наиболее высокотехнологичная методика защиты документов и продукции. Отличие этого вида в том, что голограмма наносится с использованием специального пресса. Оборудование закрепляет изображение таким образом, что удалить его становится невозможно. Кроме того, специальная фольга позволяет обеспечить высокую защиту еще и потому, что на нее можно нанести как видимые, так и скрытые элементы. При этом удалить ее, не повредив поверхность изделия, невозможно.

Срок изготовления первого тиража — 24 рабочих дня

Источник

Как в ближайшем будущем будут использовать трехмерные голограммы

Технологии голографии активно используют стартапы и большие технологические компании. Голограммы становятся предметом искусства, они используются в музеях, с помощью них презентуют новые продукты. Рассказываем, как голограммы помогают нам сегодня и во что они превратятся в ближайшем будущем.

Что такое голограмма?

Голограмма — это трехмерный объект, который может отражать предметы в пространстве. Отличительная особенность в том, что ее можно увидеть без применения специальных линз.

Сегодня для того, чтобы сделать голограммы используется инфернация волн. Это означает, что волны излучающие одинаковую амплитуду, преломляются, и пересекаются в определенной точке. Иначе говоря, два луча лазера направляют свет в определенную точку: 1-й луч идет как и положено, второй преломляется (например от зеркала) и в итоге они встречаются в определенной точке, в месте встречи этих лучей мы получаем точку пересечения, то есть точку которую мы видим в пространстве, таким образом, при использовании мощных компьютеров можно создавать любое изображение.

Как создать голограмму?

Существует два метода создания голограммы:

Компьютерный

Им впервые воспользовалась компания Microsoft. Она представила голографические очки HoloLens на презентации в 2015 году. Компания научилась создавать виртуальные объекты, встроенные в реальный мир.

Для того, чтобы создавать голограмму, разработчики использут инструменты для импортировки файлов из других сервисов или создают 3D-объекты с помощью интерфейса.

Физический

В этом случае лазер сначала регистрирует, а потом восстанавливает максимально приближенные к реальным 3D-изображения. Когда лазер освещает голограмму, формируется точный клон нужного объекта вместе со всеми его свойствами. Например какие-либо изменения перспективы при движении смотрящего.

В самом элементарном случае испускаемый лазером луч расширяется и делится на две части. Одна часть падает на фотопластинку и отражается от зеркала — это опорный луч. Другая отражается от объекта и называется предметным лучом.

В таком случае оба пучка должны иметь одинаковую длину волны и двигаться в одной фазе. Тогда опорный и предметный лучи соединяются вместе в интерференционную картину. Это чередование повышенной и пониженной интенсивности света. При максимальной интенсивности эмульсия засвечивается сильнее, при минимальной — слабее.

Чтобы восстановить изображение, проявленную фотопластинку помещают в то же место, где она находилась при фотографировании, и освещают опорным пучком света. Часть лазерного пучка, которая освещала предмет, перекрывается.

Опорный пучок огибает (дифрагирует) на голограмме. В результате получается точно такая же волна, как у отражённого предмета. Эта волна и даёт изображение предмета.

Как голограммы используют в реальной жизни?

С помощью голографических технологий можно совершать звонки. При звонке формируются голограммы собеседника, которые полностью передают эмоции и жестикуляцию пользователя. Первый такой разговор произошел в 2017 году между двумя крупнейшими операторами Verizon (США) и Korea Telecom (Южная Корея).

Такой способ подходит и для дистанционного образования. В таком случае все ученики во всех частях мира видят лектора.

Также голограммы могут смоделировать трехмерное пространство. Описанный в исследовании метод ученых из Технологического университета Мюнхена позволяет создавать копии помещений, отображая предметы вокруг них. Это может помочь, например использовать технологию для обнаружения жертв под завалами.

Также голограммы могут помочь продемонстрировать большой аудитории один небольшой объект. В феврале 2017 года Barbie презентовала голографическую куклу-бота, которая реагирует на голосовые команды.

Стартапы с голограммами

Kino-mo

Это белорусский стартап, который создает 2D-экраны с голографическим эффектом. В 2016 году проект поддержал генеральный директор компании HDNet и HDTV cable network Марк Кьюбан. Сооснователь проекта Артём Ставенко рассказал, что суммарные инвестиции составили более $3 млн.

HoloGroup

Это российский стартап, который специализируется голографических решениях для смешанной реальности. Проект создаёт приложения для очков дополненной реальности Microsoft HoloLens, а также сотрудничал с «Уралкалий», Hyundai, «Новатэк», «Ашан».

WayRay

Это еще одна российская компания, которая создает навигационную систему ion, основанную на технологии дополненной реальности. В устройство входит голографическая плёнка, которая наносится на лобовое стекло автомобиля.

Будущее голограмм

Исследователь Дэниэл Смолли из MIT Lab предложил технологию для голографического телевидения, основанную на использовании оптического чипа. В его блоге можно даже посмотреть схемы и описание.

Кристофер Ист из компании WaterWorks создал визуализацию идеи телефона с голографической технологией. Ист убежден, что такой телефон будет не только незаменим для презентаций и работы дизайнеров и архитекторов, но и станет важным инструментом в сферах маркетинга, урбанистики и образования.

Также сегодня стало известно, что стартап в области голографического телеприсутствия «PORTL» объявил о получении инвестиций в размере $3 миллионов в раунде под руководством Тима Дрейпера, венчурного капиталиста, известного ранними инвестициями в такие стартапы, как Tesla, Skype, Coindesk, SpaceX и Twitch.

Разработчики сделали одноместный лайтбокс для «голопортации». Этот комплекс предназначен для того, чтобы один человек мог с максимальным эффектом присутствия и обратной связью дистанционно общаться с другими людьми.

В компании говорят, что пользователь при «голопортации» в прямом эфире получит возможность видеть и слышать аудиторию на другом конце интернет-соединения. Контент в разрешении 4K можно зацикливать и активировать с помощью движения, используя HOLOPORTL как автономное устройство для взаимодействия с людьми.

На каких продуктах есть голограммы

Читать также:

Годовая миссия в Арктике закончилась, и данные неутешительны. Что ждет человечество?

Ученые пытаются понять, сколько живет нейтрон. Почему это так сложно и важно?

Посмотрите на самые близкие снимки поверхности Солнца

Источник

5 удивительных способов применения голограмм

Кадр из фильма «Звездные войны»

Кажется, мы очарованы голограммами. Вспомните знаменитую проекцию принцессы Леи из «Звездных войн»; голографические показы мод в Нью-Йорке, Гамбурге и Пекине; огромный успех синтетической поп-звезды Хацунэ Мику в Японии или недавние сообщения голографических политиков во Франции.

Технически все это искажение голографии: либо специальные кинематографические эффекты, видеопроекции на воду и дым, либо высокотехнологичная версия старого викторианского сценического трюка под названием Pepper’s Ghost.

Сценический трюк Pepper’s Ghost

Но голограммы — это большой бизнес. Предполагается, что к 2020 году рынок подлинных голограмм для дисплеев будет стоить 5,5 миллиардов долларов США.

Но как же они влияют на общество? Вот пять самых интересных способов их использования.

1. Военное картографирование

Кадр из фильма «Аватар»

Географическая разведка — неотъемлемая часть военной стратегии. Для улучшения разведки используются полноразмерные голографические изображения.

Одна американская компания Zebra Imaging доставила армии США более 13 000 голографических 3D-карт «боевых мест». Это позволило солдатам просматривать трехмерную местность, «заглядывать» за углы, а также помогло в обучении миссии. Возможность «развернуть» точное голографическое трехмерное изображение новой местности дает стратегические преимущества. Такие технологии также проникают в широкую общественность. Возможно, в какой-то момент нам стоит ожидать гибких 3D-карт Google Maps.

2. Хранение информации

Лаборатория голографии. Политех

Сейчас мы генерируем огромные объемы данных. Емкость цифрового хранилища увеличивается и становится дешевле с каждым годом, а у нас появляется желание хранить данные и, желательно, на всю жизнь. Подумайте о своем компьютере и о сотнях гигабайт информации, которые он может хранить: от семейных фотографий до видео и документов. Теперь представьте, что ваш диск для хранения — поврежден. Это может привести к огромным потерям.

Голографическое изображение очень реалистично, так как в процессе записи сохраняется вся информация о свете, который отражается от записываемого объекта. Это огромный объем информации. Но голограммы не обязаны записывать информацию о визуальном объекте — они также могут записывать чистые данные и страницы. Это означает, что голограммы потенциально могут хранить огромный объемы информации. Системы-прототипы способны не только хранить 4,4 млн отдельных страниц информации на диске, аналогичном DVD, но и обеспечивать долгосрочную безопасность.

3. Медицинское

Голография в медицине

Голография также может произвести революцию в медицине, выступая как инструмент для визуализации данных о пациентах при обучении студентов и хирургов.

Многие медицинские системы генерируют сложные данные с использованием передовых технологий визуализации таких, как магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвуковое сканирование. Обычно эта электронная информация используется для отображения плоского изображения на экране компьютера, но ее также можно использовать для создания полноцветных компьютерных трехмерных голографических изображений.

Компания из Шотландии под названием Holoxica Limited успешно использовала такие данные в процессе создания трехмерных изображений для обучения и отображения. Преимущество здесь, как и у всех «настоящих» голограмм, состоит в том, что не требуются специальные устройства для просмотра. Студенты и врачи могут просто «смотреть» на трехмерные изображения

4. Мошенничество и безопасность

Голограмма на банковской карте

Голограммы — это сложные оптические устройства, которые сложно изготовить. Это дает им преимущества.

Вероятно, у вас сейчас в кармане или в кошельке лежит защитная голограмма. Этот маленький серебряный прямоугольник с изображением голубя на вашей кредитной карте представляет собой светопропускающую голограмму с зеркальной подложкой в белом свете. Он отображает трехмерное изображение, которое видно, когда вы двигаетесь из стороны в сторону, и меняет цвет, когда вы наклоняете карту вверх и вниз. Его очень легко производить массово, но также чрезвычайно сложно подделать.

Банкноты также выступают за использование защищенных голограмм. Светоотражающая полоса на новой британской полимерной банкноте номиналом 5 фунтов стерлингов содержит изображение Биг-Бена и использует голографию для создания набора изменяющихся цветов при наклоне банкноты.

Если вам нравится напиток и вы хотите быть уверены, что пьете «по-настоящему»: виноделы в Южной Африке также добавляют голографические этикетки на свои бутылки, чтобы убедить покупателей, что они содержат марочное вино, а не менее вкусную подделку.

5. Искусство

Выставка, основанная на голограмме

Во всем мире есть художники-новаторы, которые используют возможности трехмерной записи голограмм, чтобы сгибать и сокращать пространство; создавать несколько визуально твердых объектов в одном объеме; комбинировать коллекции неподвижных изображений или видео для создания анимированных 3D-работ и создания чистого света.

Мы думаем о голографии как о чем-то, что выскакивает и бросается нам в глаз, но большая часть работы и исследований на самом деле незаметно проводится в лабораториях и студиях по всему миру. Более того, приложения меняют жизни и спасают их, стимулируют творческие и интеллектуальные дискуссии. Так что вскоре наше будущее может быть просто голографическим.

Автор: Арина Котельникова

Редактор: Полина Мочалкина

Источник