Biologi in raziskovalci nanotehnologije na univerzi Rice že leta delajo na projektu, ki ga financira ameriška vojna mornarica, da bi ustvarili material, ki se lahko v realnem času vizualno prilagodi okolici. Cilj je omogočiti ladjam, vozilom in na koncu vojakom, da postanejo nevidni - ali skoraj nevidni - tako kot nekatere vrste lignjev in druge glavonožce.
Znanstveniki so s lignji na koži kot svoj model razvili prilagodljiv zaslon z majhno močjo z visoko ločljivostjo, ki bi lahko realno oponašal njegovo okolje. Nova tehnologija prikaza dejansko posamezne slikovne pike (drobne barvne pike, ki sestavljajo sliko na televiziji in pametnem telefonu) nevidne človeškemu očesu. Z uporabo aluminijastih nanorodk natančnih dolžin in razmikov so raziskovalci ugotovili, da lahko ustvarijo žive pike različnih barv, ki so 40-krat manjše od slikovnih pik, ki jih najdemo na današnjih televizorjih.
Kako deluje
V raziskavi, ki je bila nedavno objavljena v zgodnji izdaji Zbornika Nacionalne akademije znanosti (PNAS), avtorji ponazarjajo, kako so uporabili tehniko, imenovano nanašanje elektronskih žarkov, da bi ustvarili nize nanorodov in piklov s petimi mikroni - približno velikost rastlin ali plesni spore - ki proizvajajo svetle barve brez uporabe barvil, ki lahko sčasoma zbledijo. Barvo vsakega od teh drobnih slikovnih pik je mogoče natančno nastaviti, če spremenite razdalje med palicami v nizih ali dolžino posameznih palic.
Raziskovalci so ustvarili paleto nano-obsega pik, ki jih je mogoče natančno prilagoditi različnim barvam (A). Vsak pik je sestavljen iz niza drobnih aluminijastih palic (B), ki glede na njihovo dolžino in razporeditev proizvajajo različne barve. (Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike) (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) Barva slikovnih pik nastane, ko svetloba zadene nanorodke in se razprši na določenih valovnih dolžinah. S spreminjanjem razporeditve in dolžine okoliških nanorodov je ekipa sposobna natančno nadzorovati, kako svetloba odbija od sebe, zožuje svetlobni spekter in dejansko prilagaja vidno svetlobo, ki jo oddaja vsak piksel. Piksli, ki jih je ustvarila ekipa, so tudi plazmonični, kar pomeni, da so svetlejši in temnejši, odvisno od svetlobe v okolici, podobno kot barve v vitražu. To bi lahko bilo koristno pri ustvarjanju prikazovalnikov z nižjo močjo v potrošniških napravah, kar bi moralo biti manj stresno na očeh.
Ker se tehnologija večinoma opira na aluminij, ki je poceni in z njim enostavno delati, takšni zasloni ne bi smeli biti izjemno dragi ali izjemno težko izdelati.
Prostor za izboljšave
Stephan Link, izredni profesor za kemijo na univerzi Rice in vodilni raziskovalec študije PNAS, pravi, da se ekipa ni odločila rešiti nobenih temeljnih težav z obstoječo tehnologijo zaslona, ampak bi si prizadevala za manjše slikovne pike za uporabo v nosljivem, material z majhno močjo, ki je tanek in odziva na svetlobo v okolju.
"Zdaj, ko imamo te lepe barve, " pravi v elektronskem sporočilu, "razmišljamo o vseh načinih, kako jih lahko izboljšamo, in kako lahko delujemo proti nano lignji, ki je končni cilj tega sodelovanja."
Kot poroča Link, bi bil eden od načinov za izboljšanje tehnologije partnerstvo s strokovnjaki v industriji komercialnih zaslonov. Čeprav je tehnologija izdelave slikovnih pik zelo različna, ekipa pričakuje, da bodo številne druge komponente zaslona, denimo tekoči kristali, ki določajo hitrost osveževanja zaslona in odzivni čas, ostale enake ali podobne tistim, ki se uporabljajo danes.
Za prilagodljiv prikaz lahko raziskovalci poskušajo sestaviti slikovne pike kot lestvice, tako da se lahko osnovni material upogne, tekoči kristali in aluminijasta nano matrica pa ostanejo ravna. Toda da bi prišli do tega, bo ekipa morda potrebovala pomoč.
"Zdi se mi nekako smešno, toda ena večja ovira je zmanjšati velikost tekočega kristala naših zaslonov, " piše Link. "Ves čas vidite zelo majhne LCD zaslone v tehnologiji, vendar nimamo fantovskih industrijskih strojev, ki bi jih lahko izdelali s tako visoko natančnostjo in obnovljivostjo, zato je to naša glavna ovira."
Naslednja potencialna ovira je ponovitev velikega števila barv, ki je danes mogoče na vrhunskih zaslonih. Medtem ko raziskovalcev še ni, je videti, da je Link prepričan, da je njihova tehnologija ustrezna.
"Odlična barva je, da obstajata dva načina, " pravi Link. "Na primer, barva rumena: valovna dolžina svetlobe, ki je videti rumena, je 570 nanometrov, in lahko bi naredili pikico z lepim ostrim vrhom pri 570 nm in vam tako dali rumeno. Lahko pa naredimo rumeno barvo tako, da postavimo rdeči in zeleni pik drug ob drugega, kot je to narejeno v trenutnih zaslonih RGB. Za aktivni zaslon je mešanje RGB način, kako to učinkovito storiti, za trajne zaslone pa imamo obe možnosti. "
RGB mešanje ima vidne pomanjkljivosti v obstoječih zaslonih, saj so piksli pogosto vidni s prostim očesom. Toda s to tehnologijo potrebujete mikroskop, da jih vidite in ugotovite, kateri način ustvarjanja barv se uporablja.
Uporaba tehnologije za iskanje
Sposobnost natančnega ustvarjanja in manipulacije z drobnimi palicami z nano-lestvicami ima veliko vlogo pri preboju ekipe. Če se dolžine ali razmiki teh drobnih palic celo rahlo izklopijo, bi vplivali na barvni učinek dokončanega zaslona. Tako bi lahko tudi težava, vsaj na začetku, pomenila obseg proizvodnje do množične proizvodnje teh vrst zaslonov. Čeprav je povezava upljiva, kaže na dve obstoječi tehnologiji izdelave, ki bi jih lahko uporabili za izdelavo tovrstnih zaslonov - UV litografijo, ki uporablja visoko energijsko svetlobo za izdelavo drobnih struktur, in nano-odtisno litografijo, ki uporablja žige in pritisk (podobno kot način števke na registrski tablici so vtisnjene, vendar na mikroskopskem merilu).
"Razen iskanja prave metode, tako da lahko oblikujemo večja področja, " pravi Link, "preostali postopek izdelave je pravzaprav preprost."
Link ni želel ugibati, kdaj bomo morda videli te nano-skale pik, ki se uporabljajo v komercialnih zaslonih in napravah. Na tej točki se s svojimi kolegi raziskovalci še vedno osredotoča na izpopolnjevanje tehnologije za dosego cilja kamuflaže v obliki lignjev. Sodelovanje s komercialnimi proizvajalci zaslonov lahko ekipi pomaga približati temu cilju, hkrati pa vodi tudi do novih vrst zaslonov za potrošniške naprave.
Morda bi se morala skupina Link v Riceu združiti z raziskovalci na MIT, ki prav tako delajo na podvajanju lastnosti kože glavonožcev. Tamkajšnji znanstveniki in inženirji so pred kratkim pokazali material, ki lahko posnema ne samo barvo, ampak tudi teksturo. To bo pomembna značilnost vojaškega cilja, da vozila postanejo nevidna. Prilagodljiv zaslon lahko na primer naredi rezervoar podoben kamenjem ali ruševinam od daleč. Če pa so njegove strani še vedno gladke in ravne, bo še vedno izstopala ob natančnejšem pregledu.
