Biologer og nanoteknologiforskere ved Rice University har i flere år arbeidet med et amerikansk marinefinansiert prosjekt for å lage et materiale som visuelt kan tilpasse seg omgivelsene i sanntid. Målet er å la skip, kjøretøyer og til slutt soldater bli usynlige - eller nesten usynlige - akkurat som noen blekksprutarter og andre blæksprutter.
Med blekkspruthud som modell, utviklet forskerne en fleksibel, høyoppløselig skjerm med lav effekt som realistisk kunne etterligne omgivelsene. Den nye skjermteknologien gjør faktisk individuelle piksler (de små fargede prikkene som utgjør bildet på TV-en og smarttelefonen din) usynlige for det menneskelige øyet. Ved å bruke nanoroder av aluminium med nøyaktige lengder og mellomrom fant forskerne at de kunne lage livlige prikker i forskjellige farger som er 40 ganger mindre enn pikslene som finnes i dagens TV-er.
Hvordan det fungerer
I en studie som nylig ble publisert i den tidlige utgaven av Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), illustrerer forfatterne hvordan de brukte en teknikk kalt elektronstråleavsetning for å lage matriser av nanoroder og fem-mikron kvadratpiksler — omtrent det størrelsen på en plante- eller muggspore - som gir lyse farger uten bruk av fargestoffer, som kan falme over tid. Fargen på hver av disse bittesmå pikslene kan finjusteres ved å variere enten avstandene mellom stavene i matriserne eller lengdene til individuelle stenger.
Forskere opprettet en rekke nanoskala-piksler som kan nøyaktig tilpasses forskjellige farger (A). Hver piksel består av en rekke bittesmå aluminiumsstenger (B) som, avhengig av lengde og arrangement, produserer forskjellige farger. (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) Fargen på pikselen produseres når lys treffer nanorodene og sprer seg på bestemte bølgelengder. Ved å variere arrangementet og lengden på de omkringliggende nanorodene, er teamet i stand til å nøyaktig kontrollere hvordan lyset spretter rundt, innsnevre lysspekteret og i virkeligheten justere det synlige lyset som hver piksel gir av. Pikslene teamet opprettet er også plasmoniske, noe som betyr at de blir lysere og dimmere avhengig av lyset rundt, omtrent som fargene i glassmalerier. Dette kan være nyttig for å lage skjermer med lavere effekt i forbrukerenheter, som også bør være mindre belastende på øynene.
Fordi teknologien hovedsakelig er avhengig av aluminium, som er billig og enkelt å jobbe med, bør disse skjermene ikke være uforholdsmessig dyre eller ekstremt vanskelige å produsere.
Rom for forbedring
Stephan Link, førsteamanuensis i kjemi ved Rice University og ledende forsker på PNAS-studien, sier teamet ikke har tenkt å løse noen grunnleggende problemer med eksisterende skjermteknologi, men å arbeide mot mindre piksler for bruk i bærbar, laveffektmateriale som er tynt og reagerer på omgivelseslys.
"Nå som vi har disse fine fargene, " sier han i en e-post, "tenker vi på alle måtene vi kan forbedre dem på, og hvordan vi kan jobbe mot nano blekkspruthuden som er det endelige målet for dette samarbeidet."
I følge Link ville en måte å forbedre teknologien være å samarbeide med eksperter i den kommersielle displayindustrien. Mens teknologien for å lage pikslene er veldig forskjellig, forventer teamet at mange av de andre skjermkomponentene, som de flytende krystallene som bestemmer skjermens oppdateringsfrekvens og pikselens responstid, vil være de samme eller lik de som brukes i dag.
For å lage en fleksibel skjerm, kan forskerne prøve å bygge pikslene som skalaer, slik at det underliggende materialet kan bøye seg, men de flytende krystaller og aluminiums nano-array kan forbli flate. Men for å komme til det punktet, kan teamet trenge hjelp.
"Det virker litt morsomt å si det, men en viktig hindring er å nedskalere størrelsen på delen av flytende krystall på skjermene våre, " skriver Link. "Du ser veldig bittesmå LCD-skjermer hele tiden innen teknologi, men vi har ikke de flotte industrimaskinene som er i stand til å gjøre dem med så høy presisjon og reproduserbarhet, så det er et stort hinder fra vår side."
Et annet potensielt hinder er å gjenskape det store utvalget av farger som er mulig i dagens high-end skjermer. Selv om forskerne ikke er helt der ennå, virker Link trygg på at teknologien deres er opp til oppgaven.
"Det fine med farger er at det er to måter å lage den på, " sier Link. “For eksempel fargen gul: Bølgelengden på lyset som ser gult ut er 570 nanometer, og vi kan lage en piksel som har en fin skarp topp på 570 nm og gi deg gul på den måten. Vi kan også lage gul ved å plassere en rød piksel og en grønn piksel ved siden av hverandre, som det som gjøres i gjeldende RGB-skjermer. For en aktiv skjerm er RGB-blanding måten å gjøre det effektivt på, men for permanente skjermer har vi begge alternativene. "
RGB-blanding har synlige ulemper i eksisterende skjermer, fordi pikslene ofte er synlige for det blotte øye. Men med denne teknologien, trenger du et mikroskop for å se dem og for å forstå hvilken fargeskapende metode som brukes.
Bruke Finding til forbrukerteknologi
Evnen til nettopp å skape og manipulere de små nanoskala stengene spiller en stor rolle i teamets gjennombrudd. Å få lengden eller avstanden til disse bittesmå stengene til og med litt av, vil påvirke fargeutgangen til det ferdige displayet. Så skalering av produksjon til masseproduksjon av disse skjermene kan også utgjøre et problem — i det minste med det første. Link er imidlertid håpefull, og peker på to eksisterende produksjonsteknologier som kan brukes til å bygge denne typen skjermer - UV-litografi, som bruker høyt energi-lys for å produsere ørsmå strukturer, og nanoimprint-litografi, som bruker stempler og trykk (omtrent som måten sifrene på en lisensplate er preget, men i mikroskopisk skala).
"Annet enn å finne den riktige metoden slik at vi kan mønstre større områder, " sier Link, "resten av produksjonsprosessen er faktisk ganske grei."
Link ville ikke gjette på når vi kan se disse nanoskala-pikslene som brukes i kommersielle skjermer og enheter. På dette tidspunktet er han og hans medforskere fremdeles fokusert på å foredle teknologien mot målet deres om blekksprutlignende kamuflasje. Et samarbeid med kommersielle displayprodusenter kan hjelpe teamet med å komme nærmere dette målet, men samtidig føre til nye typer skjermer for forbrukerenheter.
Kanskje skal Links gruppe på Rice slå seg sammen med forskere ved MIT, som også jobber med å gjenskape egenskapene til bruskhud. Forskerne og ingeniørene der demonstrerte nylig et materiale som ikke bare kan etterligne farge, men også tekstur. Dette vil være en viktig funksjon for militærets mål om å gjøre kjøretøy usynlige. Et fleksibelt display kan for eksempel få en tank til å se ut som steiner eller steinsprut langveisfra. Men hvis sidene fremdeles er glatte og flate, vil den fremdeles skille seg ut ved nærmere inspeksjon.
