空中成像：每個人都能成為“鋼鐵俠”

“也許大家注意到，今天我沒有像往常一樣拿著講稿發言。”6月22日，在中國科學技術大學2024年畢業典禮上，校長包信和院士在臺上瀟灑脫稿演講。他揭秘道：“這并非我的記憶力陡增，而是得益于我校光學專業博士畢業生韓東成的助力。”他說的“助力”，是指東超科技青年團隊自主研發的“空中成像提詞器”，它能使演講稿在校長面前的空氣中清晰成像，而不被其他人所見。更為神奇的是，人們還可以在“像”上直接交互，就像電影《鋼鐵俠》里的場景一樣。

一塊神奇的玻璃，讓科幻成為現實

還記得電影《鋼鐵俠》里的超級英雄托尼·史塔克嗎？他在超級酷炫的工作臺旁，一只手拿著一個平板，另一只手只要一揮，就能把平板上的內容投射到空氣中，還可以在空氣中對它們進行旋轉、放大等自由操控。如今，借助東超科技自主研發的“無介質空中懸浮成像”技術，這樣的場景已經成為了現實。

這項技術的核心材料，是一塊看似和普通玻璃無異的光學材料——負折射平板透鏡。它是具備光學負折射特性的微型陣列結構，按此結構制作的平板透鏡可周期性地改變光路，產生負折射，不需借助曲面就可以實現光的聚焦。在光源光線發散角內的所有光線，經過平板透鏡后會相應收斂到光源以平板切面為軸的軸對稱位置，從而得到一個1∶1的實像，實現“空中成像”。

借助透鏡，可以實現空中成像的效果；要想實現手勢交互，還需要結合單邊紅外傳感器。這款產品應用紅外Vcsel激光感光陣列，將多組紅外激光信號照射到空氣中，形成一個感光平面。當有物體進入感光平面時，可以通過傳感器接收的信號計算出物體在感應區域的位置。

負折射平板透鏡+單邊紅外傳感器，完整構成了“無介質空中懸浮成像”技術（又稱“可交互空中成像”）。這項技術將傳統的顯示方式從屏幕和投影墻拓展到空氣中，提供了一種全新的、直觀的人機交互體驗。

顛覆性技術創新，讓顯示從此大不同

作為一種全新的顯示和交互技術，其相較傳統顯示技術，展現出諸多獨特優勢和創新點。這些特性不僅極大地提升了用戶體驗，還顛覆性地改變了傳統顯示技術的展現形態，讓顯示和交互從此大不同。

成像擺脫介質依賴：傳統顯示技術通常依賴于屏幕、投影墻或其他物理介質來呈現圖像。而“無介質空中懸浮成像”技術通過負折射平板透鏡，實現了光線的聚焦和成像，圖像可以直接在空氣中成像，徹底擺脫了對物理介質的依賴，不再受限于物理屏幕的大小和形狀。

空中畫面裸眼可視：觀看借助負折射平板透鏡在空氣中形成的圖像，無需佩戴任何特殊設備。這種裸眼可視的特性極大地提高了便捷性和可用性。這一特點讓“無介質空中懸浮成像”技術在展覽展示等領域擁有廣泛的應用前景。

真正的可交互成像：通過結合單邊紅外傳感器技術，這種成像不僅能在空氣中呈現圖像，還可以實現與圖像的互動。當用戶的手勢或物體進入感應平面時，傳感器可以精確捕捉位置，并將這些信息反饋到系統中，從而實現對空中圖像的操控。這種互動方式不僅提升了用戶體驗，還為人機交互提供了更為直觀和自然的解決方案。

未來已來，空中成像應用就在身邊

非接觸式醫療自助機已經在各大醫院門診投入使用，用戶點擊空中屏幕，就能完成掛號、預約、繳費等一系列操作。此外，新增空中讀卡、智能調角等創新功能，有效避免“人—物—人”式交叉感染風險。

啟動汽車，儀表盤在空中浮現；語音呼喚，懸浮精靈暖心回應；點擊空氣屏，娛樂系統輕松操控……這樣的全息汽車座艙，不再是未來的暢想，已經成為現實。

在浙江、福建、安徽等省的居民小區里，“非接觸式智慧垃圾房”陸續上崗，只要在空中輕輕一點，對應的垃圾分類窗口就會自動打開，使得垃圾投遞更加方便、衛生。

家電也不再是單一的功能性產品，而是在前沿科技的賦能下，向智能化、多元化的方向迅速發展。如非接觸式智能集成灶，用戶只需要輕觸空氣中的虛擬屏幕即可完成操作，不會將水漬與油污抹到觸摸屏上，讓我們的廚房生活更便捷。

在城市展覽館，傳統的展覽方式通常僅限于平面投影或屏幕展示，無法滿足人們對更深入、更個性化文化體驗的追求。在山東博物館、河北博物館，搭載“無介質空中懸浮成像”技術的文物展示臺讓古老文物“活”了起來。游客通過點擊空中畫面，既可查詢館內重點展品的信息，還可全方位觀看立體文物模型，歷史厚重感得到現代科技感的加持，令游客咂舌不已。

在科技迅速發展的時代，每個人都可能成為“鋼鐵俠”，用智慧和勇氣做出改變世界的創新。隨著“無介質空中懸浮成像”技術的廣泛應用，科技的力量讓我們看到了無限可能性，從民生工程到日常生活，這項技術正在各個領域展現出獨特的魅力和價值。

科學家和工程師們正是推動這一切的中堅力量。經過無數個日日夜夜的努力，他們克服了一個又一個技術難題，使科幻電影中的場景成為現實。他們的探索和創新，讓科技產品更加人性化和智能化，讓我們的生活變得更加便捷和高效。希望你也能堅定自己的方向，通過努力奔赴自己的熱愛與理想！

作者單位 安徽建筑大學