Rice-yliopiston biologit ja nanoteknologiatutkijat ovat työskennelleet vuosia Yhdysvaltain laivaston rahoittamassa projektissa luodakseen materiaalia, joka voi mukautua visuaalisesti ympäristöönsä reaaliajassa. Tavoitteena on antaa alusten, ajoneuvojen ja lopulta sotilaiden tulla näkymättömiksi - tai lähes näkymättömiksi - aivan kuten jotkut kalmari- ja muut pääjalkaiset.
Malmion kalmarin ihon kanssa tutkijat kehittivät joustavan, korkearesoluutioisen, pienitehoisen näytön, joka voisi realistisesti jäljitellä sen ympäristöä. Uusi näyttötekniikka tekee yksittäiset pikselit (pienet värilliset pisteet, jotka muodostavat television ja älypuhelimen kuvan) näkymättömiksi ihmissilmälle. Tutkijat havaitsivat, että käyttämällä tarkkaan pituisia ja etäisyydellä olevia alumiini-nanorodia, ne pystyivät luomaan erivärisiä pisteitä, jotka ovat 40 kertaa pienempiä kuin nykypäivän televisioissa.
Kuinka se toimii
Äskettäin Kansallisen tiedeakatemian Proceedings (PNAS) -julkaisussa julkaistussa tutkimuksessa kirjoittajat havainnollistavat, kuinka he käyttivät elektronisuihkun laskeutumiseen kutsuttua tekniikkaa nanorodien ja viiden mikronin neliöpikselien ryhmien luomiseen - suunnilleen kasvin tai homeen itiön koko - joka tuottaa kirkkaita värejä ilman väriaineita, jotka voivat haalistua ajan myötä. Kunkin näiden pienten pikseleiden väri voidaan hienosäätää muuttamalla joko ryhmien tankojen välisiä etäisyyksiä tai yksittäisten sauvojen pituuksia.
Tutkijat loivat joukon nanomittakaavan pikseliä, jotka voidaan säätää tarkasti eri väreihin (A). Jokainen pikseli koostuu joukosta pieniä alumiinitankoja (B), jotka pituudesta ja järjestelystä riippuen tuottavat erilaisia värejä. (Amerikan yhdysvaltojen kansallisen tiedeakatemian julkaisut) (Amerikan yhdysvaltojen kansallisen tiedeakatemian julkaisut) Pikselin väri syntyy, kun valo osuu nanorodiin ja sirontaan tietyillä aallonpituuksilla. Vaihtelemalla ympäröivien nanorodien järjestelyä ja pituutta, joukkue pystyy tarkasti hallitsemaan, kuinka valo kimpoaa ympäröimällä, kaventamalla valonspektriä ja säätämällä käytännössä jokaisen pikselin tuottamaa näkyvää valoa. Tiimin luomat pikselit ovat myös plasmonisia, mikä tarkoittaa, että ne muuttuvat kirkkaammiksi ja himmeämmiksi ympäröivän valon mukaan, aivan kuten lasimaalauksen värit. Tästä voi olla hyötyä luotaessa pienitehoisia näyttöjä kuluttajalaitteisiin, joiden pitäisi myös olla vähemmän stressiä silmiin.
Koska tekniikka perustuu pääosin alumiiniin, joka on edullinen ja helppo työskennellä, tämäntyyppisten näyttöjen ei pitäisi olla kohtuuttoman kalliita tai erittäin vaikeita valmistaa.
Tilaa parannuksille
Stephan Link, Rice Universityn kemian apulaisprofessori ja PNAS-tutkimuksen johtava tutkija, sanoo, että ryhmä ei pyrkinyt ratkaisemaan olemassa olevan näyttötekniikan perustavanlaatuisia ongelmia, vaan työskentelemään kohti pienempiä pikseleitä käytettäväksi puettavissa, vähätehoinen materiaali, joka on ohut ja reagoi ympäröivään valoon.
"Nyt kun meillä on nämä mukavat värit", hän sanoo sähköpostiviestissä, "ajattelemme kaikkia tapoja, joilla voimme parantaa niitä, ja kuinka voimme toimia kohti nanokalmarin ihoa, joka on tämän yhteistyön perimmäinen tavoite."
Linkin mukaan yksi tapa parantaa tekniikkaa olisi olla kumppanina kaupallisen näyttelyteollisuuden asiantuntijoiden kanssa. Vaikka pikselien valmistustekniikka on hyvin erilaista, joukkue odottaa, että monet muut näytön komponentit, kuten nestekiteet, jotka määrittävät näytön virkistystaajuuden ja pikselin vasteajan, pysyvät samoina tai samanlaisina kuin nykyään käytetään.
Joustavan näytön tekemiseksi tutkijat voivat yrittää rakentaa pikseliä kuin vaa'at, jotta taustalla oleva materiaali voi taipua, mutta nestekiteet ja alumiini-nanorakenne voivat pysyä tasaisina. Mutta päästäkseen siihen pisteeseen joukkue saattaa tarvita apua.
"Vaikuttaa hauskaltaalta sanoa se, mutta yksi suuri este on pienentää näytöidemme nestekideosan kokoa", Link kirjoittaa. "Näet tekniikassa erittäin pieniä nestekidenäyttöjä koko ajan, mutta meillä ei ole hienoja teollisuuskoneita, jotka pystyisivät valmistamaan koneita, joilla on niin korkea tarkkuus ja toistettavuus, joten se on merkittävä este meille."
Toinen mahdollinen este on toistaa valtava joukko värejä nykypäivän huippuluokan näytöissä. Vaikka tutkijat eivät ole vielä aivan siellä, Link näyttää olevan varma, että heidän tekniikansa on tehtävänsä mukainen.
"Hienoa värin suhteen on, että se on olemassa kahdella tavalla", Link sanoo. ”Esimerkiksi keltainen väri: Keltaisena näyttävän valon aallonpituus on 570 nanometriä. Voisimme tehdä pikselin, jolla on mukava terävä piikki aallonpituudella 570 nm, ja antaa sinulle keltaisen tällä tavalla. Tai voimme tehdä keltaisesta asettamalla punaisen ja vihreän pikselin vierekkäin, kuten nykyisillä RGB-näytöillä tehdään. Aktiivisessa näytössä RGB-sekoitus on tapa tehdä se tehokkaasti, mutta pysyvissä näytöissä meillä on molemmat vaihtoehdot. ”
RGB-sekoituksella on näkyviä haittoja olemassa olevissa näytöissä, koska pikselit ovat usein näkyvissä paljaalla silmällä. Mutta tällä tekniikalla tarvitset mikroskoopin nähdäksesi ne ja selvittääksesi mitä värinmuodostusmenetelmää käytetään.
Löytön soveltaminen kuluttajateknologiaan
Kyky luoda pieniä nanomittakaavoja sauvoja tarkasti ja käsitellä niitä on suuri merkitys joukkueen läpimurtossa. Näiden pienten tankojen pituuden tai etäisyyden saaminen jopa hieman pois päältä vaikuttaa valmiin näytön väritulosteeseen. Joten myös skaalausvalmistus tämän tyyppisten näyttöjen massatuotantona voi aiheuttaa ongelmia - ainakin aluksi. Yhteys on kuitenkin toiveikas, ja se viittaa kahteen olemassa olevaan valmistustekniikkaan, joita voitaisiin käyttää tällaisten näyttöjen rakentamiseen - UV-litografia, joka käyttää pienenergiavaloa pienten rakenteiden tuottamiseen, ja nano-painotekniikka, joka käyttää leimoja ja painetta (aivan kuten tapa rekisterikilven numerot on kohokuvioitu, mutta mikroskooppisessa mittakaavassa).
"Muut kuin oikean menetelmän löytäminen, jotta voimme kuvioida suurempia alueita", Link sanoo, "muu valmistusprosessi on oikeastaan melko yksinkertainen."
Link ei halunnut arvata milloin saatamme nähdä nämä nanomittakaavan pikselit, joita käytetään kaupallisissa näytöissä ja laitteissa. Tässä vaiheessa hän ja hänen tutkijatoverinsa ovat edelleen keskittyneet tekniikan hienostumiseen kohti kalmarimaisen naamioinnin tavoitetta. Yhteistyö kaupallisten näyttelyvalmistajien kanssa voisi auttaa ryhmää pääsemään lähemmäksi tätä tavoitetta, vaikka johtaisi myös uudenlaisiin näyttöihin kuluttajalaitteille.
Ehkä Linkin Rice-ryhmän tulisi ryhtyä MIT: n tutkijoiden kanssa, jotka työskentelevät myös pääjalkaisten ihon ominaisuuksien toistamiseksi. Siellä toimineet tutkijat ja insinöörit näyttivät äskettäin materiaalia, joka ei vain jäljittele väriä, vaan myös tekstuuria. Tämä on tärkeä ominaisuus armeijan tavoitteessa tehdä ajoneuvot näkymättömiksi. Joustava näyttö voisi esimerkiksi saada säiliön näyttämään kiviltä tai raunioilta kaukaa. Mutta jos sen sivut ovat edelleen sileät ja litteät, se erottuu edelleen tarkemmassa tarkastuksessa.
