出品：科普中國

作者：趙曼宇（中國科學技術大學）

監制：中國科普博覽

還記得《鋼鐵俠》中托尼·史塔克那酷炫的工作臺嗎？他只需輕輕一揮手，就能將平板上的內容投射到空氣中，并在空氣中對它們進行旋轉、放大和自由操控。

如今，借助我國科研人員的自主研發，這樣的場景已經不再是遙不可及的夢想，而是成為觸手可及的現實。

2024年的6月22日，在中國科學技術大學的畢業典禮上，校長包信和院士就以一種不同尋常的方式進行了發言——他沒有像往常一樣拿著演講稿，而是使用了一種“空中成像提詞器”，實現了“瀟灑脫稿”演講。

中國科學技術大學校長在畢業典禮上用神器脫稿演講：空中直接成像，僅正面使用者可見

（圖片來源：搜狐新聞）

這一場景被視頻記錄下來并在網上傳播后，立刻引起了廣大網友的關注和熱議，許多網友紛紛感嘆，仿佛科幻電影中的場景走進了現實。

能實現空中成像，是一種什么技術？

包信和院士的“空中成像提詞器”背后，其實是可交互式空中成像技術?？山换ナ娇罩谐上窦夹g，又稱可交互空氣成像技術或可交互全息空氣影像技術，是一種全新的顯示和交互技術。

它基于光場重構原理，利用光波導的空中成像方法，通過一種具有負折射功能的新型材料——負折射平板透鏡，將原本發散至空間各處的光線在空氣中重新匯聚，形成無需任何實體介質承載的真實三維圖像。

這項可交互式空中成像技術的核心主要分為三大塊：光源、負折射平板透鏡以及交互傳感器。其中，成像和交互是這項技術的兩大關鍵要素。

成像的核心在于負折射平板透鏡，這塊神奇的玻璃應用了光場重構原理，能夠將發射的光線在空中重新匯聚。

負折射平板透鏡原理

（圖片來源：作者提供）

從而形成不需要介質承載的實像。在物理學中，入射光線與折射光線通常會分布在光學界面的法線兩側。然而，在負折射平板透鏡的作用下，原像和實像卻能夠在法線的同一側呈現，就像是在法線的位置又安裝了一個反射鏡一樣，從而形成了我們現在所看到的空中成像。

那么，交互又是如何實現的呢？這就需要提到另一個神器——單邊紅外傳感器。它將多組紅外激光信號照射到空氣中，形成一個感應平面。當有物體進入這個感應平面時，單邊紅外傳感器能夠迅速感知并進行指令反饋。因此，我們只需要在空中進行操作，就能夠實現與圖像的交互。

可交互式空中成像，有什么應用？

與傳統的顯示技術相比，可交互式空中成像技術具有顯著的優勢。首先，它打破了屏幕的限制，實現了真正的無介質成像，使得圖像可以懸浮在空中，為用戶帶來更加沉浸式的視覺體驗。其次，通過先進的交互控制技術，用戶可以直接與懸浮在空中的實像進行實時互動，這種非接觸式的交互方式不僅更加直觀和高效，還避免了因實物接觸而產生的交叉感染等問題。

具體的應用也得益于它的優勢，比如，在醫院里，患者可以通過點擊空中屏幕來實現預約、掛號、繳費等一系列操作；在公共設施方面，公共電梯、智慧交通、智慧垃圾房等也都陸續采用了無接觸式操作方式，既不影響操作又極大地避免了人體接觸，使操作更加方便衛生；在工程安全領域，這項技術可有效規避靜電塵埃、水漬等因素對精密操作設備的影響，大幅提升了工程作業中的安全性能和效率。

結語

回望過去，一百年前，我們的先輩曾幻想過可視的電話、會飛的汽車和無所不在的機器人；三十年前，我們也在科幻電影中描繪過未來的樣子。然而，當我們真正將科幻電影中的畫面拿到現實中來時，才深刻理解了那句話：“科技——讓生活更美好”。或許，我們投出的不僅僅是一張張操作界面，更是一個個美好生活的瞬間，這就是科技的力量！

來源: 中國科普博覽

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