В рамках второй из цикла Рождественских лекций Королевского института 2014 года профессор Даниэль Джордж исследует современные способы коммуникации. Основная идея выступления — показать, как привычные нам устройства, такие как смартфон, могут быть «взломаны» и переосмыслены для создания технологий будущего: от тактильных симуляторов до передачи запахов и вкусов на расстоянии.
🌌 Звонок на МКС и мечта о полноценном присутствии 0:11
Лекция начинается с эффектного сеанса связи: Даниэль Джордж звонит с обычного смартфона Саманте Кристофоретти, находящейся на борту Международной космической станции . Саманта признается, что, находясь в космосе уже три недели, она ни разу не вспомнила о своем телефоне, хотя на Земле страдала от «мобильной зависимости» .
Несмотря на наличие интернета и видеосвязи, Даниэль отмечает, что современные коммуникации задействуют лишь два органа чувств — зрение и слух. Основной вызов лекции заключается в том, чтобы найти способы «коснуться» собеседника, передать запах или даже вкус через цифровые каналы . Саманта подтверждает, что технологии, позволяющие видеть мир глазами другого человека или чувствовать его прикосновения, были бы невероятно полезны для работы астронавтов и связи с близкими .
☎️ Наследие Белла: как заговорило электричество 5:04
Чтобы понять, как далеко мы продвинулись, Даниэль возвращается к истокам. В 1875 году Александр Грэм Белл изобрел устройство, способное превращать звук в электричество и обратно. На лекции воссоздается его первый эксперимент :
- Передатчик: обычный полистироловый стакан с мембраной.
- Проводник: тонкая проволока, едва касающаяся раствора уксуса (Белл использовал раствор кислоты).
- Принцип работы: голос заставляет мембрану вибрировать, проволока то погружается в жидкость, то выходит из нее, меняя сопротивление цепи в такт звуковым волнам .
С помощью юного волонтера Феликса Даниэль повторяет историческую фразу: «Мистер Ватсон, идите сюда, я хочу вас видеть» . Хотя звук очень тихий и сопровождается помехами, это наглядно демонстрирует рождение современной телефонии.
📸 Секреты смартфона: как работает CMOS-сенсор 11:12
Главным инструментом современной коммуникации стал смартфон. Даниэль объясняет работу его камеры через устройство CMOS-сенсора (комплементарный металло-оксидный полупроводник) . Она предлагает представить сенсор как сетку из 8 миллионов пикселей, каждый из которых — это крошечный детектор света.
Для наглядности используется аналогия с ведрами и электронами:
- Когда частица света (фотон) попадает в пиксель, высвобождается электрон .
- Электрон сохраняется в «хранилище» (конденсаторе), роль которого в демонстрации играют ведра .
- Чем ярче свет, тем больше электронов оказывается в «ведре».
- После закрытия затвора чип считывает заряд в каждом конденсаторе, присваивая ему числовое значение (например, 0 для черного и 8 для белого цвета), создавая карту изображения в оттенках серого .
Профессор также демонстрирует простой «лайфхак» для макросъемки: если прикрепить линзу от дешевой одноразовой камеры к объективу смартфона с помощью Blu-Tack, можно получить детальное изображение монеты с невероятным увеличением .
🔫 Компьютерное зрение и «опасный» эксперимент с краской 19:17
Для создания качественной голограммы компьютер должен уметь отделять объект от фона. Чтобы показать возможности программного обеспечения, команда лектория проводит рискованный эксперимент с использованием двух модифицированных пейнтбольных пушек, способных выпускать 10 шаров в секунду .
Ассистент Люси встает перед мишенью, а обычная вебкамера, подключенная к компьютеру, анализирует изображение в реальном времени. Программа распознает силуэт человеческого тела и отдает команду турелям обстреливать всё пространство вокруг Люси, не задевая ее саму . Несмотря на пару случайных попаданий, эксперимент доказывает: алгоритмы способны мгновенно вычленять 2D-объекты из сцены, что критически важно для передачи живого изображения .
💡 Свет в ловушке: как работает оптоволокно 24:31
Как передать огромные массивы данных для голограммы через весь город? Ответ кроется в оптоволоконных кабелях. Даниэль объясняет, что информация передается в виде вспышек света со скоростью, недоступной человеческому восприятию.
Для объяснения принципа «полного внутреннего отражения» воссоздается эксперимент Джона Тиндаля 1870 года :
- В ведре с водой проделывается отверстие, из которого бьет струя.
- Даниэль светит фонариком внутрь ведра.
- Свет не выходит по прямой, а «запирается» внутри изогнутой струи воды, отражаясь от её границ с воздухом .
По словам профессора, современные оптоволоконные системы способны мерцать 5 триллионов раз в секунду, что позволяет загрузить целый фильм всего за 0,2 секунды .
🕶️ Виртуальная реальность и иллюзии 29:42
Создание 3D-эффекта требует, чтобы каждый глаз видел слегка отличающееся изображение. Даниэль демонстрирует шлем Oculus Rift. Волонтер Зандер, надев шлем, оказывается на американских горках, держа в руках поднос со стаканами (в реальности пустой, но в VR заполненный шампанским) . Опыт настолько иммерсивен, что Зандер чувствует движение, которого нет в действительности.
Однако Даниэль подчеркивает, что VR — это индивидуальный опыт. Для массовой аудитории часто используют «псевдоголограммы». Она показывает «трюк», который можно повторить дома: использование пластикового кейса от CD в форме пирамиды, поставленного на экран смартфона, создает иллюзию парящего в воздухе объекта . Но это лишь оптический обман, известный как «Призрак Пеппера», и по-настоящему взаимодействовать с таким объектом нельзя .
🌫️ Туманный экран и роботизированная рука 37:56
Чтобы сделать шаг к «настоящей» голограмме, в студию привозят «туманный экран» (Fog Screen). Это устройство использует ультразвук, чтобы превратить обычную воду в густую завесу из микроскопических капель . Проектор выводит на этот туман изображение телеведущего Далласа Кэмпбелла, который находится в удаленной студии.
Взаимодействие дополняется механически:
- Даллас надевает перчатку с сенсорами .
- Его движения передаются на роботизированную руку в лектории.
- Зрители могут буквально «пожать руку» голограмме, чувствуя механический ответ через робота .
🤝 Тактильные ощущения: от «коровы» до ультразвука 43:00
Даниэль приглашает Сару Бэйли из Бристольского университета, которая представляет «тактильную корову» — тренажер для студентов-ветеринаров . Устройство позволяет почувствовать органы внутри животного (например, матку беременной коровы), которых на самом деле нет — сопротивление создается роботизированными приводами внутри макета .
Более продвинутая технология — UltraHaptics. Устройство состоит из 256 крошечных динамиков, которые излучают ультразвуковые волны . Эти волны создают давление в воздухе, которое человек ощущает кожей. Волонтер Итан смог с закрытыми глазами отличить форму невидимого конуса от куба, просто водя рукой в воздухе над прибором . По мнению профессора, комбинация этой технологии с голограммами позволит в будущем «касаться» света.
👅 Вкус и запах по интернету 51:13
Финальный аккорд лекции — передача химических чувств. Даниэль представляет:
- Электрический леденец: Устройство с электродами, разработанное в Лондонском городском университете. При соприкосновении с языком оно посылает слабые импульсы, стимулирующие вкусовые рецепторы. Испытуемые почувствовали мятный и лимонный (кислый) вкусы без использования реальных продуктов .
- Scentee: Гаджет для смартфона, который распыляет ароматы из сменных картриджей. Когда Даллас и волонтер Зара объединили «электрический лимон» с реальным запахом лимона, вкус стал гораздо более ярким и «живым» .
Завершая лекцию, Даниэль Джордж отмечает, что хотя мы еще не можем полноценно обнять близкого человека на расстоянии, все необходимые инструменты для этого уже существуют. Задача следующего поколения инженеров — объединить их, чтобы окончательно стереть границы между физическим и цифровым присутствием .
