Come creare un ologramma – Laboratorio STEAM

In una scena memorabile del primo film della saga Guerre Stellari, il robot R2-D2 proietta un ologramma della principessa Leila che implora Obi Wan Kenobi di aiutarla contro l’Impero. Era il 1977 ed erano passati appena sei anni dall’assegnazione del premio Nobel al brillante fisico ungherese Dennis Gabor “per la sua invenzione e sviluppo del metodo olografico”, che teorizzò all’inizio degli anni Cinquanta.

La tecnologia è progredita abbastanza rapidamente da allora e gli ologrammi sono entrati a far parte della nostra vita di tutti i giorni. Li troviamo sulle banconote, sulle carte di credito e sui documenti di riconoscimento (patenti e passaporti) come deterrenti per i falsari, e sulle confezioni dei prodotti per dimostrarne l’autenticità, ma ormai i loro campi di utilizzo vanno dalla medicina all’architettura, alla riproduzione di quadri e statue nei musei, fino agli animali olografici a grandezza naturale come quelli usati nel loro spettacolo dal circo tedesco Roncalli (vedi foto di apertura dell'articolo).

Scopriamo insieme come funzionano e come costruire un proiettore di ologrammi. 

Materiale

• Puntatore laser
• Polvere di gesso
• Specchio
• Goniometro
• Fogli acetati (lucidi per lavagna luminosa o copertina trasparente per rilegatura)
• Modello cartaceo con lo sviluppo piano del tronco di piramide
• Fotocopiatrice
• Smartphone o tablet
• Forbici
• Taglierino
• Righello
• Pennarello per lucidi
• Nastro adesivo trasparente

Fase uno: scopriamo come si comporta la luce

Prendiamo il laser e puntiamolo contro una parete. Se muoviamo il laser, ci accorgiamo che il puntino rosso visibile sul muro si muove con esso. Non vedendo il raggio prodotto dal laser, chiediamo agli studenti di ipotizzare quale possa essere il percorso che la luce fa per arrivare dalla sorgente al muro. Per verificare che la luce si muove in linea retta, soffiamo un po’ di polvere di gesso davanti alla sorgente luminosa e, come per magia, vedremo apparire davanti ai nostri occhi il raggio prodotto dal laser.

Se invece puntiamo il laser contro uno specchio, cosa accade? Usiamo la stessa tecnica per visualizzare li raggio prodotto dal laser e scattiamo una foto con lo smartphone. Stampiamola e verifichiamo con l’aiuto di un goniometro che il raggio si riflette sulla superficie dello specchio con la stessa angolazione con cui la colpisce (α = β).

Se infine puntiamo il laser contro il foglio acetato, che cosa osserviamo? Il raggio lo attraversa o viene riflesso? In realtà, se l’angolo con cui viaggia il raggio del laser non è perpendicolare al foglio, una parte del raggio lo attraversa e una parte viene riflessa.

Attenzione in questa fase a non puntare il laser direttamente negli occhi!

Fase due: costruiamo il proiettore

La forma del proiettore è quella di una piramide troncata a base quadrata, cioè senza la punta. Per costruirlo, prendiamo il modello in figura. Tuttavia, prima di fotocopiarlo oppure ricalcarlo sul foglio acetato con il pennarello per lucidi, è importante decidere se utilizzeremo il tablet o lo smartphone, perché il modello per il proiettore da usare con il tablet deve avere dimensioni all’incirca doppie rispetto a quello da usare con lo smartphone.

Usiamo le forbici per tagliare con cura lungo le linee continue e il taglierino per incidere la fessura. Posizioniamo il righello lungo le linee tratteggiate e, usando le forbici, incidiamo il foglio acetato per agevolare la piegatura dei lati della piramide. Pieghiamo i lati della piramide e inseriamo la linguetta nel suo alloggiamento (la fessura).

A questo punto, regoliamo gli angoli, allentandoli o schiacciandoli in modo che ogni angolo sia retto. Capovolgiamo la piramide troncata e appoggiamola su una superficie piana. Qualora la piramide non dovesse essere perfettamente a livello della superficie di appoggio, valutiamo se tagliare o rimodellare le pieghe. Se necessario, usiamo il nastro adesivo trasparente per rendere più stabile la struttura.

Fase tre: riproduciamo l'ologramma

Prendiamo lo smartphone e cerchiamo su Youtube il video “HoloQuad Holographic Video Compilation 3D”. Appoggiamo lo smartphone su una superficie piana e posizioniamo la piramide troncata rovesciata al centro dello schermo. Premiamo play e godiamoci lo spettacolo.

Alcuni accorgimenti: la proiezione funziona meglio in una stanza buia e, poiché alcune facce della piramide troncata potrebbero funzionare meglio di altre, può essere utile ruotare il telefono o il tablet per una visione migliore.

Fase quattro: riflettiamo, sperimentiamo, creiamo

Un ologramma è un incrocio tra ciò che accade quando scattiamo una fotografia e ciò che accade quando guardiamo qualcosa per davvero perché, come una fotografia, un ologramma è una registrazione permanente della luce riflessa da un oggetto, ma è anche tridimensionale come un oggetto reale. In altre parole, un ologramma è un sistema per raccogliere e conservare molte più informazioni contemporaneamente.

A volte può capitare che gli studenti abbiano difficoltà a vedere in modo corretto l’immagine olografica 3D. Incoraggiamoli a risolvere i problemi che potrebbero nascere dal loro progetto a causa di un’errata inclinazione delle pieghe effettuate, di un taglio non proprio perfetto del modello, di una stanza troppo illuminata o di un’angolazione errata di osservazione.

Con quale angolo la luce dello schermo si riflette sulla faccia della piramide troncata? Dove posizioneremmo la nostra linea visiva per catturare questo riflesso? Potremmo costruire un proiettore utilizzando una forma diversa dalla piramide troncata? La complessità crescente delle domande può variare in funzione del livello scolastico nel quale si vuol proporre l’esperienza. Anche la fase uno può essere opportunamente ampliata per analizzare più a fondo il comportamento della luce in presenza di corpi opachi, traslucidi o trasparenti, per sperimentare quale differenza c’è tra l’uso del laser e di una luce bianca, o per andare oltre la semplice riflessione.

Un’ulteriore sfida potrebbe essere quella di studiare insieme come è stato realizzato il filmato che abbiamo utilizzato e provare a realizzarne uno che abbia noi stessi come ologramma protagonista. È più facile di quanto possa sembrare. Se ce la caviamo bene con l’inglese, basta seguire la spiegazione passo passo presente nel video che trovate al seguente link: https://www.youtube.com/watch?v=BSGDJeI2vEU.

Ologrammi e arte

Nel campo dell’arte, questa tecnica non ha avuto grandissima fortuna ed è stata forse troppo presto relegata al rango di curiosità passeggera. Nonostante ciò, la lista di artisti che si sono cimentati con l’uso dell’olografia è abbastanza lunga e comprende anche artisti del calibro di Salvador Dalì e Bruce Nauman. Negli anni Ottanta, addirittura, un teatro britannico proiettò un ologramma di Laurence Olivier sul palco per salvare l'attore, che era ormai piuttosto anziano, dalla seccatura di apparire di persona ogni notte.

Probabilmente la causa principale della difficile affermazione degli ologrammi era dovuta alla difficoltà di ottenere immagini in movimento di alta qualità. Tuttavia, oggi con l’avvento di computer sempre più potenti e con la rapida evoluzione dell’intelligenza artificiale, questo ostacolo potrebbe essere superato ed è solo una questione di tempo prima che una scena come quella di Guerre stellari possa diventare usuale nella nostra vita quotidiana, dando vita a un’era completamente nuova nell’arte, nell’intrattenimento, nell’ingegneria, nella medicina e soprattutto nel modo di fare scienza.