Biologi și cercetători în nanotehnologie de la Universitatea Rice lucrează de ani buni la un proiect finanțat de Marina SUA pentru crearea unui material care să se poată adapta vizual la mediul său în timp real. Scopul este de a permite navelor, vehiculelor și eventual soldaților să devină invizibili - sau aproape invizibili - la fel ca unele specii de calmar și alte cefalopode.
Cu pielea calmarului ca model, oamenii de știință au dezvoltat un display flexibil, de înaltă rezoluție, cu putere redusă, care ar putea imita realist mediul. Noua tehnologie de afișare face ca pixelii individuali (mici puncte colorate care alcătuiesc imaginea de pe televizorul și smartphone-ul dvs.) să fie invizibili pentru ochiul uman. Folosind nanoroduri de aluminiu cu lungimi și distanțe precise, cercetătorii au descoperit că ar putea crea puncte vii de diferite culori, care sunt de 40 de ori mai mici decât pixelii găsiți în televizoarele de astăzi.
Cum functioneaza
Într-un studiu publicat recent în ediția timpurie a Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), autorii ilustrează modul în care au folosit o tehnică numită depunere cu fascicul de electroni pentru a crea tablouri de nanorode și pixeli cu cinci microni pătrați - aproximativ dimensiunea unei spori de plantă sau mucegai - care produc culori strălucitoare fără utilizarea de coloranți, care se pot estompa în timp. Culoarea fiecăruia dintre acești mici pixeli poate fi reglată fin, prin variația fie a distanțelor dintre tijele din tablouri, fie a lungimilor tijelor individuale.
Cercetătorii au creat o serie de pixeli la scară nano, care pot fi reglați cu exactitate pe diverse culori (A). Fiecare pixel este alcătuit dintr-o serie de tije de aluminiu minuscule (B) care, în funcție de lungimea și aranjarea lor, produc culori diferite. (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) Culoarea pixelului este produsă când lumina lovește nanorodurile și se împrăștie la anumite lungimi de undă. Prin modificarea aranjamentului și a lungimii nanorodelor înconjurătoare, echipa este capabilă să controleze cu exactitate modul în care lumina sări în jurul său, îngustând spectrul luminii și, de fapt, reglând lumina vizibilă pe care fiecare pixel o emite. Pixelii pe care echipa creată sunt, de asemenea, plasmonici, ceea ce înseamnă că devin mai luminoși și se întunecă în funcție de lumina din jur, la fel ca culorile din vitralii. Acest lucru ar putea fi util în crearea de afișaje cu putere mai mică în dispozitivele de consum, care ar trebui să fie și mai puțin stresante pentru ochi.
Deoarece tehnologia se bazează mai ales pe aluminiu, care este ieftin și ușor de utilizat, aceste tipuri de afișaje nu ar trebui să fie prohibitiv de scumpe sau extrem de dificil de fabricat.
Loc pentru imbunatatiri
Stephan Link, profesor asociat de chimie la Universitatea Rice și cercetător principal la studiul PNAS, spune că echipa nu și-a propus să rezolve niciun fel de probleme fundamentale cu tehnologia de afișare existentă, ci să lucreze către pixeli mai mici pentru a fi utilizată într-un mod de purtat, material cu putere redusă care este subțire și răspunde la lumina ambientală.
„Acum că avem aceste culori frumoase”, spune el într-un e-mail, „ne gândim la toate modalitățile prin care le putem îmbunătăți și la modul în care putem acționa spre pielea nano calmar, care este scopul final al acestei colaborări.”
Potrivit Link, o modalitate de îmbunătățire a tehnologiei ar fi partenerul cu experți din industria de afișare comercială. În timp ce tehnologia pentru crearea pixelilor este foarte diferită, echipa se așteaptă ca multe dintre celelalte componente ale afișajului, cum ar fi cristalele lichide care determină rata de reîmprospătare a ecranului și timpul de răspuns al pixelilor, vor rămâne identice sau similare cu cele folosite astăzi.
Pentru a face un afișaj flexibil, cercetătorii ar putea încerca să construiască pixeli ca cântare, astfel încât materialul de bază să se poată îndoi, dar cristalele lichide și nano-matrița de aluminiu pot rămâne plane. Dar pentru a ajunge la acel punct, echipa poate avea nevoie de ajutor.
„Mi se pare amuzant să o spun, dar un obstacol major este să reduceți dimensiunea părții de cristal lichid a ecranelor noastre”, scrie Link. „Puteți vedea ecrane LCD foarte mici tot timpul în tehnologie, dar nu avem mașinile industriale fanteziste capabile să le facă pe cele cu o precizie și reproductibilitate atât de ridicate, așa că este un obstacol major din partea noastră.”
Un alt obstacol potențial este de a reproduce o gamă vastă de culori posibile pe ecranele de ultimă oră. Cu toate că cercetătorii nu sunt încă acolo, Link pare încrezător că tehnologia lor este la îndemână.
„Marele lucru despre culoare este că există două moduri de realizare”, spune Link. „De exemplu, culoarea galben: lungimea de undă a luminii care arată galben este de 570 nanometri și am putea realiza un pixel care are un vârf ascuțit frumos la 570 nm și care să vă dea galben în acest fel. Sau, putem face galben plasând un pixel roșu și un pixel verde unul lângă altul, cum ar fi ceea ce se face în afișajele RGB curente. Pentru un afișaj activ, mixarea RGB este modalitatea de a o face eficient, dar pentru afișele permanente, avem ambele opțiuni. "
Mixarea RGB are dezavantaje vizibile în ecranele existente, deoarece pixelii sunt adesea vizibili cu ochiul liber. Dar cu această tehnologie, ai avea nevoie de un microscop pentru a le vedea și pentru a discerne ce metodă de creare a culorii este folosită.
Aplicarea Găsirii la Tehnologia Consumatorului
Abilitatea de a crea și manipula cu precizie tije mici la nano joacă un rol important în descoperirea echipei. Obținerea lungimii sau distanțării acestor tije minuscule chiar și ușor dezactate ar afecta ieșirea de culoare a afișajului finalizat. Deci, reducerea producției până la producerea în masă a acestor tipuri de afișaje poate reprezenta o problemă - cel puțin la început. Link este totuși de speranță, indicând două tehnologii de fabricație existente care ar putea fi utilizate pentru a construi aceste tipuri de afișaje: litografia UV, care folosește lumină de mare energie pentru a produce structuri minuscule și litografie nanoimprint, care folosește timbre și presiune (la fel ca modul cifrele de pe o placă de înmatriculare sunt în relief, dar la scară microscopică).
„În afară de găsirea metodei corecte, astfel încât să putem modela suprafețe mai mari”, spune Link, „restul procesului de fabricație este de fapt destul de simplu.”
Link nu a vrut să ghicească cu privire la momentul în care vom putea vedea acești pixeli la scară nano utilizată în afișaje și dispozitive comerciale. În acest moment, el și colegii săi cercetători sunt încă concentrați pe perfecționarea tehnologiei spre scopul lor de camuflaj asemănător calmarului. O colaborare cu producătorii de afișaje comerciale ar putea ajuta echipa să se apropie de acest obiectiv, dar ar conduce, de asemenea, la noi tipuri de afișaje pentru dispozitivele de consum.
Poate că grupul lui Link de la Rice ar trebui să facă echipă cu cercetătorii de la MIT, care lucrează și la replicarea proprietăților pielii cefalopodului. Oamenii de știință și inginerii de acolo au demonstrat recent un material care poate imita nu numai culoarea, ci și textura. Aceasta va fi o caracteristică importantă pentru obiectivul militar de a face invizibile vehiculele. Un afișaj flexibil ar putea, de exemplu, face ca un rezervor să pară de pe roci sau dărâmături. Dar dacă părțile sale sunt încă netede și plate, va rămâne în evidență la inspecția mai atentă.
