1 июл 2023 7 270

Подобно хамелеону: гибкие дисплеи меняют цвет и излучают в инфракрасном диапазоне

Гибкие дисплеи, которые могут менять цвет, передавать информацию и даже отправлять скрытые сообщения с помощью инфракрасного излучения, теперь возможны благодаря новому исследованию Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. Инженеры, вдохновленные трансформирующейся кожей таких животных, как хамелеоны и осьминоги, разработали роботизированные лепестки с капиллярным управлением для создания переключаемых многопиксельных дисплеев. Дисплеи могут работать в оптическом и инфракрасном диапазоне и в тысячу раз более энергоэффективны, чем традиционные светодиодные устройства.

Исследование, проведенное профессором механики и инженерии Самехом Тауфиком, демонстрирует, как гибкие лепестки с помощью жидкости могут синхронно менять свою форму с прямой на изогнутую, становиться горячими или холодными, контролируя объем и температуру крошечных пикселей, заполненных жидкостью. Изменение объема жидкости в пикселях может менять направление, в котором переворачиваются створки — подобно старомодным флип-часам. Изменение температуры позволяет пикселям транслировать данные в инфракрасном диапазоне. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Интерес Тауфика к взаимодействию упругих и капиллярных сил — или эласто-капиллярности — начался, когда он был аспирантом, и привел к его исследованиям мягких роботизированных дисплеев в Иллинойсе.

Повседневный пример эласто-капиллярности — это то, что происходит с нашими волосами, когда мы идем в душ. Когда волосы намокают, они слипаются и изгибаются или собираются в пряди, поскольку действуют капиллярные силы, которые высвобождаются при высыхании

— Самех Тауфик.

В лаборатории команда создала небольшие боксы или пиксели размером в несколько миллиметров, содержащие лепестки из гибкого полимера, которые изгибаются, когда пиксели заполняются жидкостью или дренируются с помощью системы крошечных насосов. По словам Тауфика, пиксели могут иметь один или несколько лепестков и организованы в массивы, которые образуют дисплей для передачи информации.

Мы не ограничиваемся рамками кубических пикселей. Лепестки можно ориентировать как угодно для создания разных изображений даже на изогнутых поверхностях. Управление достаточно точное, чтобы выполнять сложные движения, например, имитировать раскрытие цветка

— Самех Тауфик.

Еще одной особенностью новых дисплеев является возможность одновременно отображать два изображения: одно можно увидеть невооруженным глазом, а другое — только с помощью инфракрасной камеры.

Однако у новых дисплеев есть и ряд ограничений. При создании устройств команда обнаружила, что крошечные насосы, необходимые для управления жидкостями пикселей, не так легко купить или заказать — промышленность не выпускает серийно подобного оборудования. Кроме того, устройство чувствительно к гравитации, а это означает, что оно работает только в горизонтальном положении.

Как только мы поворачиваем дисплей на 90 градусов, производительность сильно снижается, что делает невозможным использование наших дисплеев в качестве рекламных щитов и подобных им модулям. Хорошая новость заключается в том, что мы знаем, что когда капли жидкости становятся достаточно маленькими, они становятся нечувствительными к гравитации, например, если капля дождя попадает на оконное стекло, она не падает. Мы обнаружили, что если использовать капли жидкости, которые в пять раз меньше, гравитация больше не будет проблемой

— Самех Тауфик.

Разработчики заявляют, что, поскольку наука о влиянии гравитации на капли хорошо изучена, она ляжет в основу новой технологии.