Βιομιμητική

Καινοτομία: Το καμουφλάζ του καλαμαριού εμπνέει τις εξαιρετικά ευκρινείς οθόνες

Βιολόγοι και ερευνητές νανοτεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο Rice εργάζονται ακούραστα σε ένα έργο που χρηματοδοτείται από το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ για την ανάπτυξη ενός υλικού που μπορεί να προσαρμόζεται οπτικά στο περιβάλλον του σε πραγματικό χρόνο, ακριβώς όπως ορισμένα είδη καλαμαριών και άλλων κεφαλόποδων. Ο στόχος τους είναι να δημιουργήσουν πλοία, οχήματα και τελικά στρατιώτες οι οποίοι είναι σχεδόν αόρατοι.

Μίμηση του δέρματος του καλαμαριού για οθόνες υψηλής ανάλυσης

Εμπνευσμένοι από τις αξιοσημείωτες ικανότητες καμουφλάζ του δέρματος του καλαμαριού, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια εύκαμπτη, υψηλής ανάλυσης και χαμηλής ισχύος οθόνη που μπορεί να μιμηθεί ρεαλιστικά το περιβάλλον της. Αυτή η πρωτοποριακή τεχνολογία περιλαμβάνει τη δημιουργία μεμονωμένων εικονοστοιχείων (οι μικροσκοπικές χρωματιστές κουκκίδες που συνθέτουν τις εικόνες σε τηλεοράσεις και smartphone) τα οποία είναι αόρατα στο ανθρώπινο μάτι. Χρησιμοποιώντας με ακρίβεια κατασκευασμένες νανοράβδους αλουμινίου, οι ερευνητές έχουν επιτύχει έντονη παραγωγή χρώματος σε εικονοστοιχεία που είναι 40 φορές μικρότερα από αυτά που βρίσκονται στις σημερινές οθόνες.

Πώς λειτουργεί

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται εναπόθεση ηλεκτρονικής δέσμης για τη δημιουργία σχηματισμών νανοράβδων και εικονοστοιχείων μεγέθους μικρού. Αυτά τα μικροσκοπικά εικονοστοιχεία παράγουν έντονα χρώματα χωρίς τη χρήση χρωστικών ουσιών, οι οποίες μπορούν να ξεθωριάσουν με την πάροδο του χρόνου. Το χρώμα κάθε εικονοστοιχείου ρυθμίζεται με ακρίβεια προσαρμόζοντας τις αποστάσεις μεταξύ των ράβδων ή τα μήκη τους.

Όταν το φως χτυπά τις νανοράβδους, διασκορπίζεται σε συγκεκριμένα μήκη κύματος, παράγοντας το επιθυμητό χρώμα. Ελέγχοντας με ακρίβεια τη διάταξη και το μήκος των περιβαλλουσών νανοράβδων, η ομάδα μπορεί να χειριστεί τον τρόπο με τον οποίο το φως αναπηδά, περιορίζοντας το φάσμα του ορατού φωτός που εκπέμπεται από κάθε εικονοστοιχείο. Επιπλέον, αυτά τα πλασμονικά εικονοστοιχεία γίνονται πιο φωτεινά ή πιο σκούρα ανάλογα με το περιβάλλον φως, παρόμοια με τα χρώματα σε βιτρό. Αυτό το χαρακτηριστικό υπόσχεται τη δημιουργία οθονών χαμηλότερης ισχύος που είναι πιο ευχάριστες για τα μάτια.

Πλεονεκτήματα και προκλήσεις

Πλεονεκτήματα:

• Μικρότερα εικονοστοιχεία για οθόνες υψηλότερης ανάλυσης
• Έντονη παραγωγή χρώματος χωρίς χρωστικές
• Ενεργειακά αποδοτικά και φιλικά προς τα μάτια πλασμονικά εικονοστοιχεία
• Φθηνό και εύχρηστο νανοϋλικό αλουμινίου

Προκλήσεις:

• Αναβάθμιση της παραγωγής για μαζική παραγωγή
• Αναπαραγωγή της τεράστιας γκάμα χρωμάτων στις σημερινές οθόνες υψηλής τεχνολογίας
• Ενσωμάτωση με υπάρχοντα εξαρτήματα οθόνης, όπως υγρούς κρυστάλλους

Δυνητικές εφαρμογές στην τεχνολογία κατανάλωσης

Η δυνατότητα ακριβούς χειρισμού ράβδων σε νανοκλίμακα είναι ζωτικής σημασίας για αυτό το επίτευγμα. Μικρές παραλλαγές στο μήκος ή στην απόσταση μεταξύ αυτών των ράβδων μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την έξοδο χρώματος της οθόνης. Η αναβάθμιση της παραγωγής για τη μαζική παραγωγή αυτών των τύπων οθονών αποτελεί πρόκληση, αλλά οι ερευνητές είναι αισιόδοξοι. Επισημαίνουν ότι υπάρχουν υπάρχουσες τεχνολογίες όπως η λιθογραφία UV και η λιθογραφία νανοεντύπωσης που θα μπορούσαν να προσαρμοστούν για αυτόν τον σκοπό.

Μόλις ξεπεραστούν οι προκλήσεις κατασκευής, οι οθόνες εικονοστοιχείων σε νανοκλίμακα έχουν τη δυνατότητα να επαναστατήσουν τις συσκευές κατανάλωσης. Προσφέρουν την υπόσχεση εξαιρετικά ευκρινών, ενεργειακά αποδοτικών και φιλικών προς τα μάτια οθονών σε τηλεοράσεις, smartphone και άλλες ηλεκτρονικές συσκευές.

Συνεργασίες και μελλοντικές κατευθύνσεις

Η ομάδα του Πανεπιστημίου Rice διερευνά συνεργασίες με εμπορικούς κατασκευαστές οθονών προκειμένου να φέρουν αυτήν την τεχνολογία πιο κοντά σε πρακτικές εφαρμογές. Τέτοιες συνεργασίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέα είδη οθονών για συσκευές κατανάλωσης και να προωθήσουν την ανάπτυξη καμουφλάζ τύπου καλαμαριού για στρατιωτικές εφαρμογές.

Ερευνητές στο MIT εργάζονται επίσης για την αναπαραγωγή των ιδιοτήτων του δέρματος των κεφαλόποδων, συμπεριλαμβανομένου όχι μόνο του χρώματος αλλά και της υφής. Αυτό το χαρακτηριστικό θα είναι ζωτικής σημασίας για στρατιωτικές εφαρμογές, καθώς μια εύκαμπτη οθόνη που μπορεί να μιμηθεί την υφή βράχων ή ερειπίων θα μπορούσε να κάνει τα οχήματα πρακτικά αόρατα από κοντά.

Το μέλλον της τεχνολογίας οθόνης είναι λαμπρό, με έμπνευση από τους δασκάλους του καμουφλάζ της φύσης. Τα εικονοστοιχεία σε νανοκλίμακα και οι προσαρμοστικές οθόνες υπόσχονται να μεταμορφώσουν τις οπτικές μας εμπειρίες και να ανοίξουν νέες δυνατότητες τόσο για τα ηλεκτρονικά καταναλωτή όσο και για τις στρατιωτικές εφαρμογές.