Nejen duhové nálepky

Hologramy nacházejí využití i v biologii, IT a autoprůmyslu, říkají vědci z ČVUT

[perex]
Kolky, bankovky, ceniny, ochrana dokumentů. Takové je nejčastější známé uplatnění pro výtvory z holografických dílen. Jistě, tohle všechno znáte, četli jste o tom už přinejmenším třikrát… Nicméně poznatky optické fyziky jsou upotřebitelné i v tovární výrobě, čím dál častěji v IT sféře, a dokonce i v medicíně, biologii, letectví nebo autoprůmyslu. Nevěříte?

Jedním z pracovišť ČVUT v Praze-Tróji je katedra fyzikální elektroniky Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské (FJFI), která má s holografií dlouholeté zkušenosti. Právě zde byl v roce 1976 zaznamenán holografický portrét živé osoby, sedmnáctileté slečny, jejíž 3D tvář se v zelenkavém světle stále vyjímá… Když ji správně nakloníte, cítíte se trochu jako čaroděj, který se dívá na zakletou dámu v tůni. Natolik je prostorové zachycení věrné. „Tehdy se to ještě moc nedělalo. Mělo se za to, že 'nafotografování' impulzním laserem ohrožuje zrak. Přesto jde o tematicky i výtvarně povedenou věc, která měla ohlas,“ říká profesor Pavel Fiala z FJFI. A doplňuje: „Jde vlastně o systém, který rekonstruuje prostorovou situaci a dá nám plnou informaci o zobrazeném předmětu.“ To platí i o dalších dokumentárně-uměleckých iluzích, které zdobí stěnu ústavu. Plasticky vidíte Dalího bustu, očima ošaháváte sošná ňadra.

Připravit se, nedýchat!

Protože nejspíše ani vy nemáte doktorát z optické fyziky, spokojme se prozatím s následujícím: hologram (z řeckého holos, úplný, a grafos, záznam) je optický prvek měnící vlastnosti dopadajícího světla. Na rozdíl od fotografie obsahuje hologram rovněž údaj o směrovosti optického signálu zachycený ve vrypech vysoké hustoty na povrchu hologramu. Díky tomu vzniká „trojrozměrný obraz“. „Při záznamu musí být použit koherentní zdroj světla, který vykazuje jistou uspořádanost záření. Takovým zdrojem jsou lasery. Zaznamenávaná scéna je nasvětlena podobně jako při fotografování a odražené světlo je zachyceno na záznamovém materiálu, avšak bez objektivu,“ vysvětluje Marek Škereň z FJFI. Na rozdíl od fotografie ale na materiál dopadá kromě záření odraženého od scény ještě další záření z laseru. Díky koherenci světla se obě záření na fotocitlivém materiálu skládají a vznikají interferenční mikrostruktury. To je základem struktury o značné hustotě „vrypů“ vytvářející trojrozměrný dojem.
Zní to složitě, a je to složité. Pracuje se s přesností desetitisícin milimetru. „,Vyfotografování´ probíhá na odpruženém stole, který automaticky dorovnává sklon a tlumí otřesy. Než se začne se snímáním vzoru, musejí všichni opustit místnost. Laseru by vadily i nejjemnější vibrace, jež způsobí dech či řeč. „Mikroskopicky se hýbe i celá laboratoř, a proto nebývá úspěšnost tvorby hologramů stoprocentní,“ říká Fiala. Při sebemenším pohybu by se výsledek nerozmazal, jak by se zdálo, ale zúročil by se v jedno velké NIC. U lisovaných hologramů může proces probíhat podobně, a pokud vše vyjde, z originálního hologramu, takzvaného masteru, se několika postupy získá raznice; vlastní výroba lisovaných hologramů spočívá v ražbě do speciální fólie. Nověji se užívá i syntetické holografie, kdy je mikrostruktura modelována počítači a následně vytvářena moderními technikami, jako jsou elektronová či laserová litografie.

Od etiket po tabletky

Užití nekopírovatelných „holoznámek“ (DOVIDs – difractive optical variable image devices) je neomezené. „Lepí se i na oblečení, kožené výrobky. Ale tradičně jsou to ceniny, dokumenty, peníze, stravenky, alkohol, pasy, různé karty, CD, vstupenky. Prostě vše, kde má smysl uchovávat pravost. Kuriózní jsou třeba skleněné pilníčky za tisícovku, které se prý také padělají,“ říká Škereň. Uplatnění se najde tam, kde se chrání značka. Typický je software, Microsoft má hologramy všude. Elektronika, procesory, paměti. Škereň tvrdí: „Užití se stále rozšiřuje. Čím dále na východ, tím více je vše třeba chránit – recepty od lékaře, léky. Léčiva jsou obrovský byznys. Začalo se tím, že se chránily krabičky, poté platíčka. Teď se přemýšlí, jak přenést hologram přímo na tablety.“ Reliéfní obrazec je totiž možné vpravit lisováním do rozličných materiálů, a to i stravitelných.
Ochranné hologramy se aplikují dvěma způsoby. Nemusejí to být jen nálepky ve statisícových sériích, kdy se jednotková cena pohybuje kolem koruny a vyrábějí se i v provedení samodestruktivních fólií – při okusu o přenesení se jedna část oddělí a druhá zůstane na chráněném předmětu, není možné je pak využít. „Druhou možností, užívanou kupříkladu u kolkování, je horká ražba, kdy se nelepí fólie, ale pouze se přenáší několikamikrometrová vrstva kovu s plastovými vrstvami. Cena je pak nižší,“ říká Fiala.

Z továrny do kokpitu

Uplatnění našly hologramy (přesněji řečeno difraktivní optika) i v průmyslu. Příkladem budiž holografická interferometrie využívaná při defektoskopii materiálů, při výzkumu namáhání součástek, kdy díky detailům na úrovni stovek nanometrů lze u výrobků rychle a přesně porovnat odchylky. „Nyní se zabýváme problémem optické manipulace. Když posvítíte zfokusovaným světlem na určitou částici rozumné velikosti, ona se jakoby do fokusu chytí – je tam síla, která ji táhne. A když bodem hýbete, ona jej následuje. Dotáhli jsme to do takové formy, kdy se díváte do mikroskopu, vidíte částice, myší si na ně třeba v buňce poklikáte, ony se chytnou a můžete si s nimi dělat, co chcete. Systém fokusů je možné tvořit holograficky. Umíte si asi představit masivní dopad v biologii, genetice,“ říká Škereň.
Zkoumá se i problematika head-up displejů (HUD), jaké mívají piloti letadel v podobě promítnutého horizontu. Lze to zařídit i u aut. Abyste nemuseli „přeostřovat“ a nesledovat úkosem palubní desku, dá se vše elegantně řešit. Hologramem. „Čelní sklo se potáhne holografickým prvkem, který zajišťuje odraz a zespodu se na něj promítá. Když to zjednoduším, je tam počítačový projektor, jenž údaje promítá do skla, a holografický prvek zajišťuje, že se obraz správně dostane do oka,“ naznačuje fyzik. To může zahrnovat rychloměr, mapu i GPS navigaci.
A co úplná sci-fi: Kdy vznikne holografický film? „Už koncem sedmdesátých let se o něj pokoušeli Rusové. Ale ukázalo se, že je to těžkopádná cesta. Jde o drahý způsob, který nedává – proti dejme tomu poměrně triviálnímu IMAX – přiměřené výstupy,“ říká profesor Fiala. A uzavírá: „Je špatné směšovat, že jedině holografie umí 3D. To ne, není všelékem. Holografie je někdy zkrátka až moc dokonalá, lidskému oku postačí mnohem méně.“

* ROZHOVOR:
Marek Škereň
Holodisky ponesou terabajty EURO: Nejběžnější využití hologramů se týká ochrany před paděláním. Jsou už lidé natolik poučeni, aby odlišili, když se na falešném produktu objeví místo ochranného prvku jen nějaký obrázek na stříbřité samolepce? ŠKEREŇ: Narážíte na podstatu, s níž se byznys před časem potýkal. Laici si řeknou: Aha, blýská se to, je to ono. Skutečně se vyskytují padělky jen s folií, do které obraz obtisknete. Jsou dvě metody, jak tomu zamezit. Jedna, jež se užívala dříve, spočívala v zakomponování dalších značek, které nejsou okem vidět, ale když na ně speciálně posvítíte, ukážou se. Je to obdobné jako u UV lampy pro bankovní účely. (Škereň prosvěcuje nálepku laserovým ukazovátkem, které na stole vykresluje ochrannou značku.) Tomu se říká kryptogram, máme na ně i nějaké patenty. Další věc: do hologramů se vnášejí miniaturní texty o velikosti několika mikrometrů. To vede ke zvýšené ochraně, ale myslíme si, že budoucnost je spíše v laicky kontrolovatelných efektech. Bez pomůcek. EURO: Falšují se hologramy? S kým ty opravdové „soutěží“? ŠKEREŇ: Dnes má holografie obrovskou konkurenci třeba na Dálném východě, kde se hodně padělá a kde jsou schopni okopírovat celé technologie. A navíc levně. EURO: Neuvažovali jste na ČVUT o vzniku spin-offové firmy? ŠKEREŇ: Na vědecké úrovni jsme asi jediní, kdo se holografií v ČR zabývá; komerčně vyrábějí hologramy další dvě společnosti… (Jde o pražskou firmu LightGate a také Optaglio z Řeže u Prahy – pozn. red.) Ale zatím jsme spin-off nerozjeli, spolupracujeme přes partnery. Je to oboustranně výhodné. Oni mají prospěch, že jim děláme výzkum, a my se dostaneme k technologiím, jež bychom si nepořídili. Doplňujeme se. Neděláme ale jen bezpečnostní hologramy. Přednášíme, věnujeme se i výzkumu v oblastech, které spíše souvisejí s průmyslovými účely. To vše by padlo. EURO: Jaké je další využití holografie? ŠKEREŇ: Osobně jsem se zabýval návrhem syntetických hologramů. To jsou už prvky, které laikovi hologram ani nepřipomínají. Transformují světlo, laserový svazek, který dopadne na malinký prvek a něco s ním udělá. Kryptogramy jsou třeba tohoto typu, ale hlavní je použití v optických komunikacích. Další užití je v průmyslové výrobě pro laserové popisování a řezání; vytvoří se hologram, na který se posvítí zdrojovým laserem a on na výrobku vytvoří přesný tvar řezu a prořeže jej jediným pulzem. Další jsou třeba procesory. Je snaha realizovat výpočty v optické oblasti, procesor si neposílá elektrony, ale optická data. Tomu se říká optický processing. EURO: Existují i nějaké „holopaměti“? ŠKEREŇ: Už máme i komerční mechaniky, které pracují s médii, jež mají tvar CD, ale kapacita se místo v gigabajtech pohybuje v terabajtech. Nosič pobere tři čtyři terabajty; funguje podobně jako CD – jsou tam doty, do nichž svítí laser, ale v onom dotu není jediná informace, ale je zde celý hologram, který má v sobě mnoho dalších informací. To je oblast, která je holografii blízká, ale stěží budete lidem z ulice vysvětlovat, že i to je hologram. Nicméně má obrovský komerční potenciál. *

BOX (foto PC deska):
Fyzika pomaďarsku
Mužem, jemuž hologramy vděčí za existenci, je maďarský vědec Dennis Gábor. Koncept představil už v roce 1947, a díky tomu obdržel roku 1971 Nobelovu cenu. Po objevu laserů byly holografickou metodou zaznamenány v šedesátých letech prostorové objekty; roku 1962 se to v SSSR podařilo Juriji N. Děnisjukovi a v americkém Michiganu také Emmettu Leithovi a Jurisi Upatnieksovi.

BOX (do záložky):
Holosvaz pro elitu
Nejen bádání má svá pravidla. Ti, kteří hologramy vyrábějí, se sdružují do Mezinárodní asociace výrobců hologramů (IHMA). Organizace dnes čítá asi 90 světových firem, které dodržují nejvyšší bezpečnostní, kvalitativní a profesionální standardy.
Nálepka: www.ihma.org