”Detta är vår mest förtvivlade timme. Hjälp mig, Obi-Wan Kenobi. Du är mitt enda hopp.” 

Den första gången Luke Skywalker får se prinsessan Leia är det som ett talande hologram, en tredimensionell bild projicerad på ett bord av R2-D2, en robot hans farbror just har köpt av en skrothandlare. Luke blir fascinerad av hologrammet, utan att ha en aning om att Leia är hans tvillingsyster. Han vet inte heller att hennes desperata rop på hjälp är riktat till eremiten ”gamle Ben”, egentligen Obi-Wan Kenobi, som bor på samma planet som han i den äldsta Star Wars-filmen från 1977.

Ryuji Hirayama vid institutionen för informatik vid University of Sussex i Storbritannien och hans medarbetare har för första gången lyckats skapa något liknande: en tredimensionell avbildning som kan röra sig och låta, och dessutom känns.

– Det finns flera olika tekniker för att skapa tredimensionella bilder, som holografi och liknande, och med lasrar som skapar lysande plasma. Men de ger bara bilder. Med vår metod kan vi också lägga till känsel och ljud för en mer intressant återgivning, säger han.

Än så länge är det små och enkla bilder forskarna har skapat – en liten färgglad fjäril som flyger genom luften, emojier, siffror och bokstäver. Men det behövs inga speciella glasögon eller hjälpmedel för att se dem, och när man sträcker fram handen för att röra vid dem känner man dem. Ryuji Hirayama liknar det vid känslan av att röra en stråle av strömmande luft.

Den ungerske fysikern Dennis Gabor var den förste som utvecklade en teknisk metod för att göra tredimensionella avbildningar. År 1948 fick han idén till holografin, men det var först när den första lasern hade byggts 1960 som det gick att göra i praktiken. Dennis Gabor fick Nobelpriset i fysik 1971 för upptäckten, som ger bilder som ser tredimensionella ut när man tittar på dem, trots att själva bilden eller fotoplåten är tvådimensionell. Senare tekniker kan göra bilder som är tredimensionella på riktigt. Ett sätt är att skapa figurer med hjälp av laserstrålar och behållare fyllda med en vätska eller gas som normalt är genomskinlig men som tänds av laserljuset. En annan metod är att låta lasrar hetta upp själva luften på ett litet område så mycket att elektronerna i luftmolekylerna kan lämna sina atomkärnor så att det blir plasma, alltså en självlysande laddad gas, som i en blixt. 

Ryuji Hirayama och hans medarbetare har istället hämtat inspiration från gamla tv-skärmar. Där svepte en färgad stråle över skärmen så snabbt att hjärnan uppfattade det som en enda bild. Forskarna i Sussex använder en liten plastkula, bara en millimeter stor, som hålls svävande i luften och styrs av ultraljud från rader av små högtalare. Kulan rör sig fort fram och tillbaka, och bygger upp de tredimensionella bilderna rad för rad, på samma sätt som när ljusstrålen som sveper över tv-skärmen. Bilden får färg från LED-lampor som lyser på kulan.

Den lilla fjärilen är ungefär två centimeter bred. Det är nära gränsen för hur stora bilderna kan bli om de ska se verkliga ut för en betraktare på plats i rummet. 

– Hela bilden måste byggas upp mycket, mycket snabbt, på ungefär 100 millisekunder, för att det ska se ut som ett helt objekt, som fjärilen, i realtid. Större bilder än så kan vi inte skapa än, säger Ryuji Hirayama.

Forskarna presenterar sina resultat i tidskriften Nature på onsdagskvällen. I artikeln finns även bilder och filmer på en jordglob med en diameter på mer än sex centimeter.

– Den kan en människa inte se. Bilderna och filmen är tagna med riktigt lång exponeringstid, 20 sekunder, för att globen ska hinna byggas upp och synas. Större bilder tar naturligtvis längre tid att skapa. Så än så länge är det sveptiden som begränsar oss, säger Ryuji Hirayama.

Ultraljud är ljudvågor med riktigt höga frekvenser, högre än 20 kilohertz och högre än vi kan uppfatta med hörseln. Ljudvågorna innehåller tillräckligt med energi för att fånga och styra plastkulan. 

Ljudet till bilden skapar forskarna med så kallad amplitudmodulering, AM, alltså samma teknik som används i gamla radiosändare. Amplituden, eller det maximala utslaget på ultraljudvågorna, varieras så att det bildas vågor med lägre frekvenser, det vill säga ljud som vi kan höra.

– Vi kan skapa talade ord, eller musik med Queen, eller vilket ljud vi vill, säger Ryuji Hirayama.

Ultraljudshögtalarna kan också bilda en form som går att känna med handen.

– Vi skapar två olika fällor. En som håller fast kulan och en som vi kan känna. De är inte på exakt samma ställe, men de stör inte heller varandra så mycket. Kulan kan fortfarande sväva.

Det går bara att känna på bilderna framifrån och från sidorna. Sticker man in handen under eller över bilden stör man ultraljudsvågorna så att kulan ramlar ner.

Nu experimenterar forskarna med att använda flera kulor samtidigt för att kunna skapa mer avancerade bilder.

– Vi är uppe i sex eller åtta kulor. Med åtta kulor går det åtta gånger fortare att svepa fram bilden, och det blir möjligt att göra mer komplexa former, säger Ryuji Hirayama.

Större och starkare högtalare skulle också ge bättre bilder, högre ljud och mer sofistikerade känsloförnimmelser.

Vad kan bilderna användas till?

– Huvudsyftet är att försöka skapa Star Wars-hologram, där det går att prata med människor, och inte bara se dem utan även höra dem och kunna röra dem. Men dit är det en bit kvar.

Tekniken är billig eftersom forskarna bara har använt färdiga komponenter som finns att köpa i vanliga affärer. Ryuji Hirayama ser många andra tillämpningar än tredimensionella bilder.

– Vi kan lyfta mycket annat än plastkulor, som diamanter eller små vätskedroppar. Det är användbart för kemiska tillämpningar, när vi kan lyfta, styra och blanda droppar av olika ämnen utan något kärl att ha dem i. Det är verkligen intressant, säger Ryuji Hirayama.