เทคโนโลยีโฮโลแกรม (hologram) ลอยตัวในอากาศ

ในยุคปัจจุบันมีเทคโนโลยีการแสดงผลแบบ “โฮโลแกรม” ที่สร้างภาพสามมิติให้ดูเหมือนลอยอยู่กลางอากาศได้จริง และถูกนำมาใช้งานเชิงพาณิชย์แล้ว ไม่ว่าจะเป็นการนำเสนอสินค้า โฆษณาล้ำยุค หรือจออินเทอร์แอคทีฟสำหรับลูกค้า

ตารางเปรียบเทียบเทคโนโลยีโฮโลแกรมลอยอากาศหลัก

เพื่อสรุปความแตกต่าง ระหว่างเทคโนโลยี/ผลิตภัณฑ์โฮโลแกรมลอยตัวในอากาศแต่ละแบบ ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบลักษณะสำคัญ การใช้งาน และสถานะการเข้าถึงของแต่ละประเภท:

หลักการฟ้าผ่าและพลาสมาในบรรยากาศคืออะไร?

ฟ้าผ่าคือปรากฏการณ์การปลดปล่อยประจุไฟฟ้าความต่างศักย์สูงในบรรยากาศ ทำให้อากาศเกิดการสลายตัวเป็นพลาสมา (ionized air) ซึ่งนำกระแสไฟฟ้าได้​science.org. เมื่อสนามไฟฟ้าในอากาศสูงเกินค่าจำกัด (ประมาณ 34 กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร ในสภาพมาตรฐาน) อากาศจะเกิดการ dielectric breakdown หรือ การพังทลายของฉนวน นำไปสู่กระแสไฟพุ่งผ่านอากาศอย่างรวดเร็วเป็นประกายแสงสว่างจ้าและความร้อนสูง​science.org​science.org. พลาสมาที่เกิดขึ้นนี้คือแก๊สที่อะตอมถูกกระตุ้นให้เสียอิเล็กตรอน (แตกตัวเป็นไอออน) ทำให้อากาศซึ่งปกติเป็นฉนวนกลายเป็นสื่อนำไฟฟ้าและปล่อยโฟตอนออกมาจนเราเห็นเป็นสายฟ้าแลบสว่างบนท้องฟ้า

หลักการสำคัญ คือ การทำให้อากาศกลายเป็นตัวนำชั่วขณะด้วยพลังงานสูง — ไม่ว่าจะมาจากแรงดันไฟฟ้าโดยตรงหรือพลังงานรูปแบบอื่น เช่น แสงเลเซอร์กำลังสูง. เมื่ออากาศถูกกระตุ้นจนเป็นพลาสมา มันจะเรืองแสง (เปล่งแสงพลาสมา) ออกมา. แนวคิดที่จะนำหลักการนี้มาใช้ใน “การแสดงผลภาพกลางอากาศ” จึงหมายถึงการสร้างจุดแสงลอยตัวในอากาศด้วยการทำให้อากาศจุดนั้นเกิดการคายประจุหรือแตกตัวเป็นพลาสมาอย่างควบคุมได้. ถ้าสามารถสร้างจุดพลาสมาหลายๆ จุด ณ ตำแหน่งที่ต้องการ เราอาจจัดเรียงให้เกิดเป็นภาพสามมิติที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า โดยไม่ต้องมีฉากหรือจอรับภาพแบบดั้งเดิม

แนวคิดการสร้างภาพลอยในอากาศด้วยพลาสมา

การแสดงภาพลอยตัวในอากาศ (เช่น โฮโลแกรมสามมิติที่ไม่ต้องใช้จอ) สามารถทำได้โดยการสร้าง “วอกเซล” (voxel – จุดภาพสามมิติ) ที่เปล่งแสงอยู่ในอากาศแต่ละจุด. วิธีการคือทำให้อากาศที่ตำแหน่งของวอกเซลนั้นเกิดการ ไอออไนเซชัน (ionization) หรือ dielectric breakdown ในบริเวณเล็กๆ จนกลายเป็นพลาสม่าสว่าง. เนื่องจากปกติการจะทำให้อากาศเกิดประกายไฟฟ้าได้ต้องมีขั้วไฟฟ้าหรือเส้นทางให้กระแสไหล (เช่น ฟ้าผ่าจะวิ่งจากก้อนเมฆลงพื้นดิน), เราจึงต้องหาวิธีสร้างพลาสมาโดยไม่ต้องอาศัยขั้วไฟฟ้าสองด้านกลางอากาศ. แนวทางที่ได้รับความสนใจคือการใช้ เลเซอร์กำลังสูง ยิงโฟกัสไปยังจุดในอากาศที่ต้องการให้เกิดพลาสมา. พลังงานของเลเซอร์ที่โฟกัสเข้มข้นจะกระตุ้นโมเลกุลอากาศที่จุดโฟกัสนั้นจนเกิดการแตกตัวเป็นพลาสมาและปล่อยแสงออกมา กลายเป็นจุดสว่างลอยอยู่กลางอากาศ​linkedin.com. หลักการนี้ทำให้ แหล่งกำเนิดแสงอยู่ในอากาศจริงๆ ณ จุดนั้น แทนที่จะเป็นแสงจากโปรเจคเตอร์ที่ต้องไปสะท้อนบนฉากหรือหมอกควันก่อนเข้าตาเรา​linkedin.com. เมื่อเราสร้างจุดพลาสมาหลายจุดในตำแหน่งต่างๆ กันอย่างรวดเร็วต่อเนื่อง ก็จะเกิดเป็นภาพสามมิติ (volumetric image) กลางอากาศที่มองได้จากทุกมุม โดยไม่ต้องใช้จอแก้วหรือวัสดุใดๆ รองรับ​nasdaq.com​linkedin.com.

อย่างไรก็ตาม จุดพลาสมาเหล่านี้คงอยู่ได้เพียงระยะเวลาสั้นมาก (ระดับไมโครวินาทีหรือน้อยกว่า) เพราะเมื่อพลาสมาเย็นลงก็จะกลับเป็นอากาศปกติและหยุดเปล่งแสง​linkedin.com. ดังนั้นระบบแสดงผลต้องสามารถสร้างจุดใหม่ซ้ำๆ ต่อเนื่อง (เช่น ยิงเลเซอร์เป็นพัลส์ความถี่สูงนับพันครั้งต่อวินาที) เพื่อให้ภาพดูต่อเนื่องต่อสายตาคนดู (คล้ายหลักการกระพริบพิกเซลบนจอภาพอย่างรวดเร็วให้ตาเราเห็นเป็นภาพติดต่อกัน). ยิ่งไปกว่านั้น ในการสร้างภาพที่มีรายละเอียดสูงหรือขนาดใหญ่ ระบบต้องสร้างจุดพลาสมาจำนวนมากในปริมาณมากๆ ซึ่งเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมดังที่จะกล่าวต่อไป

งานวิจัยและการทดลองที่ใช้หลักการคล้ายฟ้าผ่าในการสร้างภาพ

แนวคิด “จอภาพพลาสมาอากาศ” มีการศึกษาและสาธิตมาแล้วในงานวิจัยหลายชิ้นในรอบสิบกว่าปีที่ผ่านมา โดยส่วนใหญ่ใช้อุปกรณ์เลเซอร์กำลังสูงในการจุดพลาสมาในอากาศ:

• งานบุกเบิก (2006): นักวิจัยชาวญี่ปุ่น Kimura et al. (2006) ได้นำเสนอระบบ “True 3D display using laser plasma in the air” ในงาน SIGGRAPH 2006 ซึ่งเป็นหนึ่งในเครื่องต้นแบบยุคแรกที่ใช้เลเซอร์โฟกัสสร้างจุดพลาสมากลางอากาศให้เห็นเป็นภาพ 3D จริงได้​link.springer.com. ระบบนั้นสามารถสร้างจุดแสงพลาสมาลอยในอากาศเป็นรูปทรงง่ายๆ โดยยังมีขนาดภาพเล็กและต้องอยู่ในห้องทดลอง
• Aerial Burton (2014): บริษัทสตาร์ทอัพญี่ปุ่นชื่อ Aerial Burton ได้นำผลงานวิจัยนี้มาต่อยอดพัฒนาเครื่องฉายภาพสามมิติกลางอากาศที่สามารถมองเห็นได้แม้ในเวลากลางวัน​linkedin.com. ระบบของ Aerial Burton ใช้เลเซอร์อินฟราเรดแบบพัลส์ความถี่ 1kHz ยิงผ่านกระจกสแกนเนอร์ 3 มิติ เพ่งจุดโฟกัสในอากาศ ณ พิกเซลที่ต้องการทีละจุดอย่างรวดเร็ว​linkedin.com. ผลที่ได้คือการสร้าง “พ็อกเก็ตพลาสมา” (pockets of plasma) หรือจุดประกายพลาสมาสว่างในอากาศที่จัดเรียงเป็นภาพรูปทรงต่างๆ โดยไม่ต้องพึ่งจอหรือหมอกควันใดๆ​linkedin.com. การแสดงผลนี้แม้ความละเอียดจะยังไม่สูงมาก แต่ก็นับว่าเป็นก้าวสำคัญ เพราะพิสูจน์ว่า เราสามารถแสดงภาพลอยตัวโดยใช้อากาศล้วนๆ เป็นตัวกลางได้​linkedin.com. (ในการสาธิตหนึ่ง แสดงคำว่า “SOS” ลอยอยู่กลางอากาศเพื่อจำลองการส่งสัญญาณฉุกเฉิน) อย่างไรก็ตาม ระบบรุ่นแรกนี้ มีข้อจำกัด คือ ภาพยังหยาบ ความดังของเสียงแต๊กของพลาสมาค่อนข้างสูง และที่สำคัญคือ อันตรายหากสัมผัสโดน — เนื่องจากจุดพลาสมาคือประกายไฟฟ้าร้อนๆ หากเอานิ้วไปแตะก็อาจโดนลวกหรือเกิดบาดแผลได้
• Fairy Lights (2015): ต่อมา ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสึคุบะ (University of Tsukuba) และมหาวิทยาลัยพันธมิตรในญี่ปุ่น รวมถึงนักวิจัยอย่าง Yoichi Ochiai ได้พัฒนา “จอภาพพลาสมากลางอากาศที่สัมผัสได้” มีชื่อโค้ดเนมว่า Fairy Lights​vice.com​vice.com. ทีมนี้ปรับปรุงโดยใช้ เลเซอร์พัลส์ช่วงเวลาสั้นระดับเฟมโตวินาที (10^-15 วินาที) แทนที่จะเป็นนาโนวินาทีแบบเดิม เพื่อสร้างพลาสมา​singularityhub.com. การใช้พัลส์สั้นมากทำให้พลังงานที่กระทบผิววัตถุ (เช่น นิ้วคน) ต่ำลงมากจนไม่ก่อความเสียหายรุนแรงเหมือนระบบก่อนหน้า​singularityhub.com. งานวิจัยนี้รายงานว่าสามารถสร้างภาพพลาสมาเล็กๆ ขนาดประมาณ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร ลอยในอากาศที่ตอบสนองต่อการสัมผัสนิ้วได้อย่างปลอดภัยกว่ารุ่นก่อนหน้า​nasdaq.com. เมื่อใช้นิ้วแตะจุดแสงพลาสมา จะเกิดการเปล่งแสงสว่างขึ้นเล็กน้อยเป็นฟีดแบ็ค และระบบจะตรวจจับการสัมผัสนั้นเพื่อสั่งให้ภาพเปลี่ยนไป (เช่น แตะแล้วรูปหัวใจแตกออก หรือคำว่า “LOVE” กลายเป็น “HATE”)​nasdaq.com​techcrunch.com. แม้พลาสมาจะร้อน แต่เนื่องจากยิงแต่ละจุดในช่วงเวลาสั้นมากไม่เกิน ~17 มิลลิวินาที และหยุดยิงทันทีที่ตรวจว่ามีการสัมผัส ทำให้เนื้อเยื่อได้รับพลังงานไม่มากพอจะเกิดแผลไหม้ (ทดสอบโดยลองให้พลาสมายิงบนหนังสัตว์ พบว่าไม่เกิดรอยไหม้หากอยู่ในเวลาจำกัดดังกล่าว)​vice.com​vice.com. ผู้ใช้งานยังคงต้องสวมแว่นตาป้องกันเลเซอร์เพื่อความปลอดภัยของดวงตา และจุดพลาสมาก็ทิ้งร่องรอยเป็นรูเล็กระดับไมโครเมตรบนพื้นผิวที่สัมผัสเพราะการเผาไหม้จุดเล็กๆ​vice.com​vice.com. แม้จะยังเป็นเพียงการทดลองต้นแบบ แต่ Fairy Lights ก็สาธิต “ภาพโวลิวเมตริก (volumetric image) ที่โต้ตอบได้” กลางอากาศเป็นครั้งแรก ที่คนสามารถแตะต้องแสงเหล่านั้นและรู้สึกถึงการตอบสนองได้จริง (ผู้ทดลองรายงานว่าผิวรู้สึกเหมือนโดนกระดาษทรายเบาๆ เวลาเอานิ้วแตะจุดแสงพลาสมา)
• ความก้าวหน้าล่าสุด: งานวิจัยด้านจอภาพพลาสมากลางอากาศยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องในช่วงปีที่ผ่านมา มีความพยายามที่จะเพิ่มสีสันและขนาดของภาพให้ใช้งานได้จริงยิ่งขึ้น. เดิมทีพลาสมาที่เกิดในอากาศธรรมดาจะเปล่งแสงออกมาเป็นสีฟ้าอิเล็กทริกหรือน้ำเงินอมขาวที่ความยาวคลื่นจำกัด (จากการกระตุ้นไนโตรเจนและออกซิเจน)​nasdaq.com. แต่ในปี 2021 นักวิจัยญี่ปุ่น (Kumagai และคณะ) ได้สาธิตระบบที่ใช้ โฮโลแกรมคอมพิวเตอร์ (computer-generated hologram) ร่วมกับเลเซอร์เฟมโตวินาที เพื่อสร้างภาพโวลิวเมตริกกลางอากาศที่มีการผสมสีได้ในระดับหนึ่ง โดยควบคุมการปล่อยแสงของพลาสมาในแต่ละจุดให้แสดงสีต่างกันได้ในหน่วยวอกเซล​nature.com. นับเป็นการปูทางไปสู่จอภาพสามมิติพลาสมาที่มีสีครบเหมือนจอภาพทั่วไปในอนาคต. นอกจากนี้ยังมีการวิจัยทางเลือกอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น ทีมมหาวิทยาลัยบรIGHมแย่ง (BYU) สหรัฐฯ ใช้เลเซอร์ดักจับอนุภาคเล็กๆ ให้ลอยแล้วลากให้เคลื่อนที่วาดเป็นภาพ (เรียกว่า Optical Trap Display) ซึ่งได้ภาพสามมิติกลางอากาศเช่นกัน แต่หลักการต่างออกไป (ไม่ได้ใช้การแตกตัวของอากาศ) ดังนั้นจึงไม่มีความเสี่ยงเรื่องพลาสมาและการเผาไหม้ แต่ก็มีข้อจำกัดด้านความสว่างและขนาดภาพ

ข้อจำกัดด้านความปลอดภัยและความเป็นไปได้เชิงวิศวกรรม

แม้ว่าการทดลองเบื้องต้นพิสูจน์ว่า การสร้างภาพลอยด้วยพลาสมาอากาศ “ทำได้จริง” แต่ก็ยังมี ข้อจำกัดและความท้าทายหลายประการ ที่ต้องคำนึงถึงก่อนจะพัฒนาเป็นอุปกรณ์ใช้งานจริงอย่างแพร่หลาย:

• ความปลอดภัย: การสร้างพลาสมาในอากาศต้องอาศัยพลังงานสูงมาก ไม่ว่าจะมาจากเลเซอร์พลังสูงหรือแรงดันไฟฟ้าสูง ซึ่งทั้งสองกรณีมีอันตรายต่อมนุษย์. แสงเลเซอร์กำลังสูงอาจทำอันตรายต่อสายตาและผิวหนัง หากควบคุมไม่ดีอาจก่ออุบัติเหตุร้ายแรงได้. พลาสมาอากาศเองก็ ร้อนจัด และสามารถเผาผิวหนังหรือวัสดุใกล้เคียงได้ (แม้ทีมวิจัย “Fairy Lights” จะลดความเสี่ยงโดยใช้พัลส์สั้นมากก็ตาม). รายงานวิจัยระบุว่าการสัมผัสจุดภาพพลาสมาเป็นการโดนพลาสมาร้อนย่างเนื้อเยื่อผิวหนังระดับไมโครสเกล เพียงแต่ถ้าจัดการเวลาสัมผัสให้สั้นพอก็จะไม่เกิดบาดแผลใหญ่​nasdaq.com. ดังนั้นยังต้องมีมาตรการความปลอดภัย เช่น ให้ผู้ชมสวมแว่นป้องกันเลเซอร์ในระยะใกล้ หรือจำกัดพื้นที่ไม่ให้คนเข้าใกล้เกินไปหากพลังงานยังสูงอยู่
• เสียงและก๊าซพลอยได้: เมื่อพลาสมาเกิดขึ้นและเย็นตัว มันทำให้อากาศรอบข้างเกิดการขยายตัวและยุบตัวอย่างฉับพลัน ส่งผลให้เกิดเสียงดัง “เป๊าะ” หรือเสียงแตกคล้ายการดีดนิ้ว (นี่คือหลักการเดียวกับฟ้าร้องจากสายฟ้า แต่อยู่ในระดับเล็กกว่า). สำหรับระบบขนาดเล็กเสียงอาจเบาระดับแต๊กๆ แต่ถ้าเพิ่มขนาดหรือจำนวนจุดมากขึ้น เสียงรวมอาจดังจนรบกวนได้. ในต้นแบบ Aerial Burton ที่จุดภาพขนาดใหญ่ เสียงพลาสมาดังและชัดเจนจนถือเป็นปัญหาหนึ่ง (รายงานว่า “ยิ่งจอใหญ่เสียงจะดังและอันตราย ยิ่งจอเล็กเสียงเบาแต่ปลอดภัย” ทำให้เกิดทางเลือกว่าจะเอาใหญ่แต่เสี่ยง หรือเล็กแต่ปลอดภัย)​nasdaq.com. นอกจากนี้ การแตกตัวของอากาศสร้างโอโซน (O₃) และไนโตรเจนออกไซด์ในปริมาณเล็กๆ เป็นผลพลอยได้ ซึ่งหากใช้งานในพื้นที่ปิดเป็นเวลานานก็อาจต้องมีการระบายอากาศที่ดีเพื่อความปลอดภัยในการหายใจ
• ประสิทธิภาพและพลังงาน: การจะสร้างแสงที่มองเห็นได้กลางอากาศต้องใช้พลังงานมหาศาลเมื่อเทียบกับการสร้างภาพบนจอทั่วไป. ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ที่ใช้ต้องมีกำลังสูงและยิงซ้ำเร็ว (ระดับหลายกิโลวัตต์พัลส์ในช่วงเวลาสั้นและยิงต่อเนื่องหลายร้อยหลายพันครั้งต่อวินาที). พลังงานส่วนใหญ่สูญเสียไปในการกระตุ้นอากาศและกระจายความร้อน มีเพียงส่วนน้อยที่กลายเป็นแสงให้เราเห็นเป็นจุดภาพ. ดังนั้น ระบบจอภาพพลาสมาอากาศยังไม่ประหยัดพลังงาน และไม่เหมาะจะเปิดต่อเนื่องเป็นเวลานานๆ ด้วยข้อจำกัดด้านความร้อนและอายุการใช้งานของอุปกรณ์เลเซอร์
• ความยากในการขยายขนาด (Scalability): ดังที่กล่าวในงานวิจัย, ปัจจุบันมีทางเลือกเหมือนสองทางคือสร้างภาพให้ ใหญ่แต่ก็อันตราย (เช่น ระบบ Aerial Burton ที่แสดงภาพใหญ่หลายสิบเซนติเมตรได้แต่ห้ามสัมผัสและเสียงดัง) หรือสร้างให้ ปลอดภัยแต่ก็เล็กมาก (เช่น Fairy Lights ที่ภาพเพียง 1 ลูกบาศก์เซนติเมตรแต่แตะได้)​nasdaq.com. การจะเพิ่มขนาดภาพให้ใหญ่ขึ้นขณะที่ยังปลอดภัยเป็นเรื่องท้าทายอย่างยิ่ง เพราะถ้าเพิ่มพลังงานเลเซอร์ก็เสี่ยงมากขึ้น, แต่ถ้าลดพลังงานเพื่อความปลอดภัย ภาพก็อาจไม่สว่างหรือใหญ่พอ. นักวิจัยระบุว่าการเพิ่มประสิทธิภาพน่าจะทำได้บางส่วนโดยการทำให้ช่วงพัลส์สั้นลง (ดังที่เปลี่ยนมาใช้เฟมโตวินาที) เพื่อที่แม้พลังงานรวมสูงแต่ผลความร้อนต่อเนื้อเยื่อจะน้อยลง, ทว่าก็อาจมีผลข้างเคียงกับความละเอียดของจุดภาพ (pulse width สั้นอาจกระทบขนาดโฟกัสหรือความคมของจุด)​nasdaq.com. อีกแง่หนึ่งคือจำนวนวอกเซล – หากต้องการภาพรายละเอียดสูง จำเป็นต้องสร้างจุดพร้อมกันหรือรวดเร็วยิ่งขึ้นหลายเท่า ซึ่งอาจต้องใช้ หลายลำแสงเลเซอร์พร้อมกัน หรือระบบสแกนที่เร็วเหนือกว่าที่มีในปัจจุบัน
• การควบคุมพลาสมาและเส้นทางประกายไฟ: โดยธรรมชาติแล้ว การเกิดประกายไฟฟ้าในอากาศ (เหมือนฟ้าผ่า) นั้นชอบเกิดตามเส้นทางที่ไม่แน่นอน ขึ้นกับสภาพแวดล้อม ณ ขณะนั้น เช่น ความชื้น, อุณหภูมิ, และวัตถุรอบข้าง. การจะ ควบคุมเส้นทางของประกายไฟ ให้วิ่งตามรูปทรงที่ต้องการถือว่ายากมาก. อย่างไรก็ดี มีงานวิจัยที่แสดงให้เห็นว่า เลเซอร์สามารถช่วยชี้นำเส้นทางสปาร์คไฟฟ้าได้ เช่น นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เลเซอร์ปรับรูปร่างลำแสงให้สร้างช่องพลาสมาเป็นทางโค้ง ซ้ายขวา หรือเลี้ยวอ้อมวัตถุตามต้องการ เพื่อบังคับให้อาร์คไฟฟ้าวิ่งตามทางนั้น แทนที่จะแลบเป็นเส้นตรงที่สุดอย่างธรรมชาติ​science.org​science.org. แนวคิดนี้ถูกพัฒนาไว้สำหรับป้องกันฟ้าผ่า (ทำสายล่อฟ้าด้วยเลเซอร์) หรือในงานอุตสาหกรรม เช่น ตัดโลหะด้วยประกายไฟควบคุมทิศทาง. แต่สำหรับการแสดงผลเป็นภาพ จะต้องควบคุมประกายไฟหลายเส้นหรือทำให้ประกายไฟหยุดเป็นจุดๆ ซึ่งยิ่งซับซ้อนขึ้นไปอีก. ดังนั้นจนถึงขณะนี้ วิธีที่มีประสิทธิผลกว่าคือ การสร้างพลาสมาจุดๆ โดยตรงด้วยเลเซอร์ (ไม่ต้องให้เป็นสายเชื่อมต่อกันแบบอาร์ค) จะควบคุมตำแหน่งและระยะเวลาง่ายกว่า
• โครงสร้างอุปกรณ์ที่ซับซ้อน: ระบบแสดงผลภาพพลาสมาในอากาศปัจจุบันต้องประกอบด้วยส่วนสำคัญคือ แหล่งกำเนิดพลังงาน (เช่น เลเซอร์พัลส์พลังงานสูง), ระบบเลี้ยงลำแสงและโฟกัสสามมิติ (เช่น ชุดกระจกสแกน X-Y และเลนส์ปรับระยะโฟกัสแกน Z เพื่อเลือกตำแหน่งจุดในอวกาศที่ต้องการจุดพลาสมา), และ ระบบควบคุม/ซอฟต์แวร์ ที่ซิงค์กันระหว่างการยิงพัลส์เลเซอร์กับตำแหน่งกระจกสแกนอย่างแม่นยำ. อุปกรณ์เหล่านี้ในปัจจุบันมีขนาดค่อนข้างใหญ่และราคาแพง เช่น เลเซอร์เฟมโตวินาทีเชิงพาณิชย์กับชุดสแกนออปติคัลความเร็วสูง. ในการทดลองปี 2015 อุปกรณ์ทั้งชุดยังใหญ่ในระดับตั้งโต๊ะและ ต้องใช้ห้องทั้งห้องในการติดตั้ง, นักวิจัย Aerial Burton เองก็ยอมรับว่าระบบยังเทอะทะเกินกว่าจะเคลื่อนย้ายง่าย แต่ก็มีเป้าหมายจะย่อขนาดให้สามารถติดตั้งในรถยนต์เพื่อเคลื่อนที่ใช้งานนอกสถานที่ได้ในอนาคต​linkedin.com. แน่นอนว่าการลดขนาดและต้นทุนอุปกรณ์จะเป็นกุญแจสำคัญให้เทคโนโลยีนี้นำไปใช้จริงได้อย่างแพร่หลาย

ตัวอย่างทีมวิจัยและบริษัทที่กำลังพัฒนาเทคโนโลยีนี้

• Aerial Burton (ญี่ปุ่น): บริษัทสตาร์ทอัพที่เป็นผู้บุกเบิกจอภาพเลเซอร์พลาสมาในอากาศ ตั้งอยู่ในญี่ปุ่น. เคยสาธิตระบบฉายภาพกลางอากาศสำหรับใช้เป็นป้ายบอกทางฉุกเฉิน เช่น ยิงภาพลูกศร “ทางออก” ลอยกลางอากาศในที่เกิดเหตุเพื่อนำทางผู้คน โดยไม่ต้องติดตั้งจอภาพทางกายภาพ​nasdaq.com. ระบบของ Aerial Burton แสดงภาพขนาดใหญ่ได้และมองเห็นชัดเจนกลางแจ้ง แต่ต้องแลกกับการที่ผู้ชม ห้ามเข้าใกล้จุดภาพ (เพราะพลาสมาร้อนอันตราย) และมีเสียงดัง. บริษัทวางแผนพัฒนาให้เครื่องมีความละเอียดสูงขึ้นและขนาดเล็กลงจนสามารถติดตั้งบนยานพาหนะเพื่อใช้งานภาคสนามได้สะดวก​linkedin.com
• กลุ่มวิจัย Digital Nature (มหาวิทยาลัยสึคุบะ, ญี่ปุ่น): นำโดยศาสตราจารย์ Yoichi Ochiai กลุ่มนี้มุ่งวิจัยเทคโนโลยีการแสดงผลรูปแบบใหม่ๆ รวมถึง Fairy Lights ที่กล่าวถึง. พวกเขายังสนใจเทคนิคอื่นๆ เช่น การทำให้ออบเจ็กต์ลอยด้วยคลื่นเสียง (ultrasonic levitation) และการสร้างเอฟเฟ็กต์สัมผัสอากาศ. ความร่วมมือของกลุ่มนี้กับสถาบันอื่นๆ (Utsunomiya Univ., Nagoya Tech, Univ. of Tokyo) ทำให้ญี่ปุ่นเป็นผู้นำหนึ่งในด้านจอภาพพลาสมาอากาศ. งานของพวกเขาตีพิมพ์ในวารสารและการประชุมชั้นนำ เช่น ACM Transactions on Graphics และ SIGGRAPH​vice.com​vice.com
• ทีมวิจัยอื่นและสตาร์ทอัพที่เกี่ยวข้อง: ในระดับสากล มีผู้สนใจแนวคิดจอภาพกลางอากาศหลายรูปแบบ. ตัวอย่างเช่น Burton Inc. (Aerial 3D) ของญี่ปุ่นดังที่กล่าว, Voxon (ออสเตรเลีย/USA) ซึ่งพัฒนาจอภาพโวลิวเมตริกด้วยการฉายภาพบนแผ่นหมุนความเร็วสูง (ไม่ใช่พลาสมา), หรือ ห้องวิจัยในมหาวิทยาลัยต่างๆ ที่ทดลองสร้างจอภาพสามมิติด้วยเลเซอร์ในตัวกลางอื่นๆ (เช่น สร้างฟองอากาศพลาสมาในของเหลว, หรือสร้างลำแสงหลายเส้นตัดกันในอากาศเพื่อกระตุ้นพลาสมา). อย่างไรก็ดี ณ ตอนนี้ยังไม่มีบริษัทใหญ่รายใดที่นำเทคโนโลยีนี้ออกสู่ตลาดผู้บริโภคทั่วไปโดยตรง ส่วนมากยังอยู่ในขั้น สาธิตเชิงวิจัย หรือเฉพาะทาง. เช่น Disney Research เคยมีงานทดลองใช้ประกายพลาสมาจาก Tesla Coil ประกอบการแสดงเพื่อสร้างเอฟเฟ็กต์พิเศษ แต่ไม่ได้นำมาสร้างเป็นภาพข้อมูลที่ซับซ้อน. บริษัทด้านฮาร์ดแวร์แสงสว่างบางรายก็สนใจใช้พลาสมาประกอบการแสดงแสงสี (เช่น คอนเสิร์ตหรือโชว์) มากกว่าจะทำเป็นจอภาพความละเอียดสูง

ตัวอย่าง “แฟรี่ไลท์” (Fairy Lights) ภาพพลาสมาขนาดจิ๋วรูปนางฟ้าลอยอยู่กลางอากาศใกล้ปลายนิ้วมนุษย์ แสดงถึงการจัดจุดพลาสมาเป็นรูปทรง 3มิติที่มองเห็นได้จริงด้วยหลักการเลเซอร์กระตุ้นอากาศ​nasdaq.com โดยจุดแสงนี้เล็กและไม่ทำอันตรายนิ้วเมื่อแตะผ่านอย่างรวดเร็ว

ความเป็นไปได้ในการสร้างอุปกรณ์จริง

จากข้อมูลที่มี จะเห็นว่า หลักการฟ้าผ่าหรือพลาสมาในอากาศสามารถประยุกต์สร้างภาพลอยตัวได้จริงในระดับห้องทดลอง และมีต้นแบบแล้ว แต่การจะทำเป็นอุปกรณ์ใช้งานจริงในวงกว้างยังต้องแก้โจทย์อีกมาก. ในทางปฏิบัติ อุปกรณ์ดังกล่าวอาจมีลักษณะเป็น “โปรเจคเตอร์พลาสมา” ประกอบด้วยเครื่องยิงเลเซอร์พัลส์ความเร็วสูงควบคุมด้วยกระจกสแกน 3 มิติ ดังภาพประกอบด้านล่าง ที่ยิงลำแสงไปสร้างวอกเซลทีละจุดใน เขตพื้นที่ทำการ (workspace) กลางอากาศ​

. ระบบจะต้องซิงค์การยิงเลเซอร์กับตำแหน่งกระจกอย่างแม่นยำเพื่อวาดจุดพลาสมาเรียงเป็นภาพ (คล้ายเครื่องพิมพ์ 3มิติที่ “พิมพ์” จุดแสงในอากาศแทนหมึก). การเพิ่มจำนวนลำแสงเลเซอร์หรือใช้เทคนิคโฮโลแกรมช่วยแบ่งลำแสงยิงหลายจุดพร้อมกันก็อาจเพิ่มจำนวนวอกเซลต่อเฟรมได้มากขึ้น​nature.com. นอกจากนี้อาจต้องมี ระบบระบายความร้อนและความปลอดภัย ในตัว เช่น เซ็นเซอร์ตรวจจับการเข้าใกล้ของมนุษย์เพื่อลดกำลังเลเซอร์, ตัวกรองอากาศสำหรับโอโซนถ้าจำเป็น, และฉากบังด้านหลังเพื่อป้องกันไม่ให้เลเซอร์ส่องเลยจุดภาพไปทำอันตรายวัตถุอื่น

ในแง่การใช้งานจริง ระยะใกล้ (เช่น จออินเทอร์แอคทีฟขนาดเล็กที่ผู้ใช้ยื่นมือไปสัมผัสได้) อาจเห็นการประยุกต์ใช้ได้ก่อน เพราะควบคุมความปลอดภัยได้ง่ายกว่าและไม่ต้องสร้างภาพใหญ่. ตัวอย่างเช่น จอภาพสามมิติขนาดเล็กสำหรับงานศิลปะหรือจัดแสดงในพิพิธภัณฑ์ ที่ผู้ชมสามารถลองเอานิ้วแตะรูปทรงลอยได้ หรือใช้เป็นแผงควบคุมแบบโฮเวอร์ (hover interface) ที่ปุ่มต่างๆ เป็นแสงลอยอยู่ให้กด. ระยะไกล/กลางแจ้ง (เช่น ป้ายจราจรหรือสัญญาณเตือนภัยฉุกเฉิน) ก็มีศักยภาพ โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่ไม่สะดวกติดตั้งจอจริง เช่น หลังเกิดภัยพิบัติสามารถฉายลูกศร “ทางนี้ปลอดภัย” กลางอากาศเหนือถนนเพื่อบอกทาง​nasdaq.com. ในกรณีนี้จะใช้พลังงานสูงและผู้คนไม่สามารถเข้าถึงจุดภาพได้อยู่แล้ว (เพราะลอยอยู่สูง) จึงลดปัญหาการสัมผัสพลาสมา. อย่างไรก็ตาม ในที่แจ้งยังมีปัจจัยเรื่องสภาพอากาศ – ถ้าฝนตกหนักหรือมีหมอกหนา การยิงเลเซอร์ผ่านอากาศจะยุ่งยากขึ้น (เลเซอร์อาจถูกดูดกลืนหรือกระเจิงก่อนถึงจุดหมาย)

สรุป: การนำหลักการฟ้าผ่าหรือพลาสมาในบรรยากาศมาใช้สร้างจอภาพลอยตัวกลางอากาศนั้น เป็นไปได้ในหลักการและได้รับการพิสูจน์แล้วในงานวิจัยล่าสุด, แต่ยังอยู่ในขั้น ต้นแบบทดลอง มากกว่าจะเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จ. มีความก้าวหน้าจากทั้งภาควิจัยและบริษัทสตาร์ทอัพที่สามารถสร้างจุดภาพพลาสมาในอากาศให้เห็นเป็นรูปทรงสามมิติ รวมถึงโต้ตอบกับการสัมผัสได้จริง​nasdaq.com​techcrunch.com. อย่างไรก็ดี ข้อจำกัดด้านความปลอดภัย ขนาดภาพ และต้นทุนเทคโนโลยีในปัจจุบันทำให้ยังไม่สามารถใช้งานแพร่หลายในชีวิตประจำวันได้ในเร็วๆ นี้. จำเป็นต้องมีนวัตกรรมเพิ่มเติมทั้งในส่วนแหล่งกำเนิดพลังงานที่เล็กลงและปลอดภัยขึ้น, วิธีการเพิ่มจำนวนวอกเซลอย่างมีประสิทธิภาพ, และการจัดการผลข้างเคียง (เสียง, โอโซน) ให้เหมาะสม. หากปัญหาเหล่านี้ถูกแก้ไขในอนาคต เราอาจได้เห็นจอภาพโฮโลแกรมกลางอากาศที่ใช้พลาสมา (ซึ่งจริงๆ ก็คือ “สายฟ้าจิ๋ว” จำนวนมหาศาลถูกควบคุมอย่างเชื่องมือ) กลายเป็นจริงในโลกเรา ไม่ว่าจะในงานนิทรรศการ, การแพทย์ (เช่น แสดงภาพสแกน 3มิติกลางอากาศให้หมอผ่าตัดดู), หรือแม้แต่หน้าจอสมาร์ทโฟนยุคหน้าที่ฉาย UI ลอยออกมาเหนือเครื่อง. ถึงตอนนั้น เทคโนโลยีที่เคยมีภาพในหนังไซไฟก็จะเข้ามาใกล้ชีวิตประจำวันของเรายิ่งกว่าเดิม

แหล่งอ้างอิงและข้อมูลเพิ่มเติม: งานวิจัยและบทความที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อนี้ เช่น Kimura et al. (2006) ที่ SIGGRAPH​link.springer.com, โครงการ Aerial Burton​linkedin.com​linkedin.com, งานวิจัย “Fairy Lights” โดย Ochiai และคณะ​nasdaq.com​nasdaq.com, รายงานข่าวจากสำนักต่างๆ เช่น IEEE Spectrum, TechCrunch​techcrunch.com​techcrunch.com, VICE​vice.com​vice.com และการศึกษาล่าสุดเรื่องจอภาพพลาสมาสี​nature.com เป็นต้น สามารถสืบค้นเพื่ออ่านเพิ่มเติมได้ตามความสนใจ