Biologer og nanoteknologiforskere ved Rice University har i årevis arbejdet med et amerikansk marinefinansieret projekt for at skabe et materiale, der visuelt kan tilpasse sig dets omgivelser i realtid. Målet er at give skibe, køretøjer og til sidst soldater mulighed for at blive usynlige - eller næsten usynlige - ligesom nogle blæksprutte arter og andre blæksprutter.
Med blækspruttehud som model, udviklede forskerne en fleksibel skærm med lav effekt, lav opløsning, der realistisk kunne efterligne sit miljø. Den nye displayteknologi gør faktisk individuelle pixels (de små farvede prikker, der udgør billedet på dit tv og din smartphone), usynlige for det menneskelige øje. Brug af nanoroder af aluminium med nøjagtige længder og afstand fandt forskerne, at de kunne skabe levende prikker i forskellige farver, der er 40 gange mindre end de pixels, der findes i dagens tv.
Hvordan det virker
I en undersøgelse, der for nylig blev offentliggjort i den tidlige udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), illustrerer forfatterne, hvordan de brugte en teknik kaldet elektronstråleaflejring til at skabe matriser af nanoroder og fem-mikron kvadratiske pixels - omtrent størrelse på en plante- eller skimmelspore - der producerer lyse farver uden brug af farvestoffer, som kan falme over tid. Farven på hver af disse små pixels kan finjusteres ved at variere enten afstandene mellem stængerne i matriserne eller længderne på individuelle stænger.
Forskere oprettede en række nanoskala-pixels, der nøjagtigt kan indstilles til forskellige farver (A). Hver pixel består af en række små aluminiumsstænger (B), der, afhængigt af deres længde og arrangement, producerer forskellige farver. (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) Farven på pixlen produceres, når lys rammer nanoroderne og spreder ved specifikke bølgelængder. Ved at variere arrangementet og længden af de omgivende nanoroder, er teamet i stand til præcist at kontrollere, hvordan lyset springer rundt, indsnævre lysspektret og faktisk justere det synlige lys, som hver pixel giver fra. De pixels, holdet oprettede, er også plasmoniske, hvilket betyder, at de bliver lysere og svagere afhængigt af det omgivende lys, ligesom farverne i farvet glas. Dette kan være nyttigt til at oprette skærme med lavere effekt på forbrugerenheder, hvilket også bør være mindre belastende på øjnene.
Fordi teknologien hovedsagelig er afhængig af aluminium, som er billigt og let at arbejde med, bør disse typer skærme ikke være uoverkommelige dyre eller ekstremt vanskelige at fremstille.
Plads til forbedring
Stephan Link, lektor i kemi ved Rice University og den førende forsker på PNAS-studiet, siger, at holdet ikke havde til hensigt at løse nogen grundlæggende problemer med eksisterende skærmteknologi, men at arbejde hen imod mindre pixels til brug i en bærbar, materiale med lav effekt, der er tyndt og reagerer på omgivende lys.
"Nu hvor vi har disse smukke farver, " siger han i en e-mail, "tænker vi på alle måder, vi kan forbedre dem på, og hvordan vi kan arbejde mod den nano-blækspruttehud, der er det ultimative mål for dette samarbejde."
Ifølge Link ville en måde at forbedre teknologien være at samarbejde med eksperter i den kommercielle displayindustri. Mens teknologien til at fremstille pixels er meget forskellig, forventer teamet, at mange af de andre skærmkomponenter, ligesom de flydende krystaller, der bestemmer skærmets opdateringshastighed og pixel-responstid, forbliver de samme eller ligner dem, der bruges i dag.
For at skabe et fleksibelt display kan forskerne forsøge at bygge pixel som vægt, så det underliggende materiale kan bøjes, men de flydende krystaller og aluminiums nano-array kan forblive flade. Men for at komme til det punkt kan teamet muligvis have hjælp.
"Det synes lidt sjovt at sige det, men en vigtig hindring er at nedskalere størrelsen på den flydende krystaldel af vores skærme, " skriver Link. "Du ser meget små LCD-skærme hele tiden inden for teknologi, men vi har ikke de smarte industrimaskiner, der er i stand til at gøre dem med så høj præcision og reproducerbarhed, så det er en stor hindring fra vores side."
En anden potentiel hindring er at gentage den enorme række farver, der er mulige i nutidens avancerede skærme. Mens forskerne endnu ikke er der, synes Link at være sikker på, at deres teknologi er op til opgaven.
”Det fantastiske ved farve er, at der er to måder at gøre det på, ” siger Link. ”For eksempel er farven gul: Bølgelængden af lys, der ser gul ud, er 570 nanometer, og vi kunne lave en pixel, der har en dejlig skarp top ved 570 nm og giver dig gul på den måde. Eller vi kan gøre gult ved at placere en rød pixel og en grøn pixel ved siden af hinanden, ligesom hvad der gøres i de nuværende RGB-skærme. For en aktiv skærm er RGB-blanding måden at gøre det effektivt på, men til permanente skærme har vi begge muligheder. ”
RGB-blanding har synlige ulemper i eksisterende skærme, fordi pixels ofte er synlige med det blotte øje. Men med denne teknologi har du brug for et mikroskop for at se dem og for at se, hvilken farveskabende metode der bruges.
Anvendelse af fundet til forbrugerteknologi
Evnen til præcist at skabe og manipulere de små nano-skala stænger spiller en stor rolle i holdets gennembrud. At få længden eller afstanden på disse små stænger endda lidt væk ville påvirke farveudgangen på det færdige display. Så skalering af fremstilling til masseproduktion af disse typer skærme kan også udgøre et problem — i det mindste i starten. Link er dog håbefuld og peger på to eksisterende produktionsteknologier, der kunne bruges til at opbygge disse slags skærme - UV-litografi, der bruger højenergielys til at producere små strukturer, og nanoimprint-litografi, der bruger frimærker og tryk (meget som vejen cifrene på en nummerplade er præget, men i mikroskopisk skala).
"Bortset fra at finde den rigtige metode, så vi kan mønstre større områder, " siger Link, "resten af fremstillingsprocessen er faktisk ret ligetil."
Link ønskede ikke at gætte, hvornår vi muligvis kunne se disse nanoskala-pixels, der blev brugt i kommercielle skærme og enheder. På dette tidspunkt fokuserer han og hans medforskere stadig på at raffinere teknologien i retning af deres mål om blæksprutte-lignende camouflage. Et samarbejde med kommercielle displayproducenter kunne hjælpe teamet med at komme tættere på dette mål, selvom det også fører til nye slags skærme til forbrugerenheder.
Måske skulle Links gruppe på Rice slå sig sammen med forskere ved MIT, der også arbejder på at gentage egenskaberne ved blæksprutte hud. Forskerne og ingeniørerne der demonstrerede for nylig et materiale, der ikke kun kan efterligne farve, men også tekstur. Dette vil være en vigtig funktion for militærets mål om at gøre køretøjer usynlige. Et fleksibelt display kunne for eksempel få en tank til at se ud som klipper eller murbrokker langtfra. Men hvis siderne stadig er glatte og flade, vil den stadig skille sig ud ved nærmere inspektion.
