Οι ερευνητές βιολόγων και νανοτεχνολογίας στο πανεπιστήμιο Rice εργάζονται εδώ και χρόνια με ένα πρόγραμμα που χρηματοδοτείται από το Ναυτικό των ΗΠΑ για τη δημιουργία ενός υλικού που μπορεί να προσαρμοστεί οπτικά στο περιβάλλον του σε πραγματικό χρόνο. Ο στόχος είναι να επιτραπεί στα πλοία, τα οχήματα και τελικά οι στρατιώτες να γίνουν αόρατα - ή σχεδόν αόρατα - όπως κάποια είδη καλαμάριων και άλλων κεφαλόποδων.
Με το δέρμα ως το πρότυπό τους, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια ευέλικτη, υψηλής ανάλυσης οθόνη χαμηλής ισχύος που θα μπορούσε να μιμείται ρεαλιστικά το περιβάλλον της. Η νέα τεχνολογία προβολής καθιστά τα ατομικά pixel (τα μικροσκοπικά έγχρωμα κουκκίδες που συνθέτουν την εικόνα στην τηλεόρασή σας και το smartphone) αόρατα στο ανθρώπινο μάτι. Χρησιμοποιώντας nanorods αλουμινίου με ακριβή μήκη και απόσταση, οι ερευνητές βρήκαν ότι θα μπορούσαν να δημιουργήσουν ζωντανές κουκκίδες διαφόρων χρωμάτων που είναι 40 φορές μικρότερες από τα εικονοστοιχεία που βρίσκονται στις σημερινές τηλεοράσεις.
Πως δουλεύει
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στην πρώτη έκδοση των Πρακτικών της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (PNAS), οι συγγραφείς επεξηγούν πώς χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται εναπόθεση δέσμης ηλεκτρονίων για να δημιουργήσει συστοιχίες nanorods και pixel πέντε-micron-square-περίπου μέγεθος ενός φυτού ή σπορίου μούχλας - που παράγουν φωτεινά χρώματα χωρίς τη χρήση βαφών, τα οποία μπορούν να εξασθενίσουν με την πάροδο του χρόνου. Το χρώμα καθενός από αυτά τα μικροσκοπικά εικονοστοιχεία μπορεί να ρυθμιστεί με λεπτό τρόπο μεταβάλλοντας είτε τις αποστάσεις μεταξύ των ράβδων στις συστοιχίες είτε τα μήκη των μεμονωμένων ράβδων.
Οι ερευνητές δημιούργησαν μια σειρά από εικονοστοιχεία νανοκλίμακας που μπορούν να συντονιστούν με ακρίβεια σε διάφορα χρώματα (Α). Κάθε εικονοστοιχείο αποτελείται από μια σειρά μικροσκοπικών ράβδων αλουμινίου (Β) που, ανάλογα με το μήκος και τη διάταξη τους, παράγουν διαφορετικά χρώματα. (Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής) (Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής) Το χρώμα του εικονοστοιχείου δημιουργείται όταν το φως πλήξει τα νανοσωλήνες και διασκορπιστεί σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Μεταβάλλοντας τη διάταξη και το μήκος των γύρω nanorods, η ομάδα είναι σε θέση να ελέγχει με ακρίβεια πώς το φως αναπηδά γύρω, περιορίζοντας το φάσμα του φωτός και, στην πραγματικότητα, ρυθμίζοντας το ορατό φως που εκπέμπει κάθε pixel. Τα εικονοκύτταρα που δημιουργεί η ομάδα είναι επίσης πλασμονοϊκά, που σημαίνει ότι γίνονται πιο φωτεινά και πιο απαλά ανάλογα με το περιβάλλον φως, όπως τα χρώματα σε βιτρό. Αυτό θα μπορούσε να είναι χρήσιμο για τη δημιουργία οθονών χαμηλότερης ισχύος στις καταναλωτικές συσκευές, οι οποίες θα πρέπει επίσης να είναι λιγότερο αγχωτικές στα μάτια.
Επειδή η τεχνολογία βασίζεται κυρίως στο αλουμίνιο, το οποίο είναι φθηνό και εύκολο στην εργασία, αυτοί οι τύποι οθονών δεν πρέπει να είναι απαγορευτικά ακριβοί ή εξαιρετικά δύσκολο να κατασκευαστούν.
Περιθωριο ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ
Ο Stephan Link, αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο πανεπιστήμιο Rice και ο επικεφαλής ερευνητής της μελέτης PNAS, λέει ότι η ομάδα δεν έθεσε ως στόχο την επίλυση οποιωνδήποτε θεμελιωδών προβλημάτων με την υπάρχουσα τεχνολογία απεικόνισης, αλλά για να εργαστεί προς τα μικρότερα pixels για χρήση σε φορητό, χαμηλής ισχύος υλικό που είναι λεπτό και ανταποκρίνεται στο φως του περιβάλλοντος.
«Τώρα που έχουμε αυτά τα ωραία χρώματα», λέει σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, «σκεφτόμαστε όλους τους τρόπους με τους οποίους μπορούμε να τις βελτιώσουμε και πώς μπορούμε να εργαστούμε για το δέρμα νανοκαπιάδας που είναι ο απώτερος στόχος αυτής της συνεργασίας».
Σύμφωνα με τη Link, ένας τρόπος για τη βελτίωση της τεχνολογίας θα ήταν να συνεργαστεί με τους ειδικούς στην εμπορική βιομηχανία εκθέσεων. Ενώ η τεχνολογία για την κατασκευή των εικονοστοιχείων είναι πολύ διαφορετική, η ομάδα αναμένει ότι πολλά από τα άλλα στοιχεία της οθόνης, όπως τα υγρά κρύσταλλα που καθορίζουν το ρυθμό ανανέωσης της οθόνης και ο χρόνος απόκρισης των pixel, θα παραμείνουν τα ίδια ή παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα.
Για να γίνει μια ευέλικτη απεικόνιση, οι ερευνητές μπορούν να προσπαθήσουν να κατασκευάσουν τα εικονοστοιχεία όπως οι κλίμακες, έτσι ώστε το υποκείμενο υλικό να μπορεί να λυγίσει, αλλά οι υγροί κρύσταλλοι και το νάτριο αλουμινίου μπορούν να παραμείνουν επίπεδα. Αλλά για να φτάσει σε αυτό το σημείο, η ομάδα μπορεί να χρειαστεί βοήθεια.
"Φαίνεται κάπως αστείο να το πούμε, αλλά ένα σημαντικό εμπόδιο είναι να μειώσουμε το μέγεθος του τμήματος υγρών κρυστάλλων των οθονών μας", γράφει ο Link. "Βλέπετε πολύ μικρές οθόνες LCD όλη την ώρα στην τεχνολογία, αλλά δεν διαθέτουμε τα φανταχτερά βιομηχανικά μηχανήματα ικανά να κατασκευάσουν εκείνες με τόσο υψηλή ακρίβεια και αναπαραγωγικότητα, έτσι αυτό είναι ένα σημαντικό εμπόδιο από την πλευρά μας".
Ένα άλλο πιθανό εμπόδιο είναι να αναπαραγάγετε τη μεγάλη ποικιλία χρωμάτων που είναι δυνατές στις σημερινές οθόνες υψηλής τεχνολογίας. Ενώ οι ερευνητές δεν είναι ακόμα εκεί, η Link φαίνεται πεπεισμένη ότι η τεχνολογία τους είναι στο χέρι.
"Το μεγάλο πράγμα για το χρώμα είναι ότι υπάρχουν δύο τρόποι για να το κάνει", λέει ο Link. "Για παράδειγμα, το κίτρινο χρώμα: Το μήκος κύματος του φωτός που φαίνεται κίτρινο είναι 570 νανόμετρα και θα μπορούσαμε να φτιάξουμε ένα εικονοστοιχείο που έχει ωραία αιχμηρή κορυφή στα 570 nm και σας δίνει κίτρινο. Ή μπορούμε να κάνουμε κίτρινο τοποθετώντας ένα ερυθρό εικονοστοιχείο και ένα πράσινο εικονοστοιχείο δίπλα στο άλλο, όπως συμβαίνει με τις τρέχουσες οθόνες RGB. Για μια ενεργή εμφάνιση, η ανάμιξη RGB είναι ο τρόπος για να την κάνετε αποτελεσματικά, αλλά για μόνιμες οθόνες, έχουμε και τις δύο επιλογές. "
Η ανάμειξη RGB έχει ορατά μειονεκτήματα σε υπάρχουσες οθόνες, επειδή τα εικονοστοιχεία είναι συχνά ορατά με γυμνό μάτι. Αλλά με αυτήν την τεχνολογία, θα χρειαστείτε ένα μικροσκόπιο για να τα δείτε και να διακρίνετε ποια μέθοδος δημιουργίας χρωμάτων χρησιμοποιείται.
Εφαρμογή της τεχνολογίας Finding to Consumer
Η ικανότητά της να δημιουργεί με ακρίβεια και να χειρίζεται τις μικροσκοπικές ράβδους νανο-κλίμακας διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της ομάδας. Η επίτευξη του μήκους ή της απόστασης αυτών των μικροσκοπικών ράβδων, ακόμη και ελαφρώς, θα επηρέαζε την απόδοση χρώματος της ολοκληρωμένης οθόνης. Έτσι, η παραγωγή κλίμακας μέχρι τη μαζική παραγωγή αυτών των τύπων οθονών θα μπορούσε επίσης να δημιουργήσει πρόβλημα - τουλάχιστον στην αρχή. Ωστόσο, η σύνδεση είναι ελπιδοφόρα, δείχνοντας δύο υπάρχουσες τεχνολογίες κατασκευής που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή αυτών των ειδών εμφάνισης - λιθογραφία υπεριώδους ακτινοβολίας, η οποία χρησιμοποιεί φως υψηλής ενέργειας για την παραγωγή μικροσκοπικών δομών και λιθογραφία νανοτυπίας που χρησιμοποιεί σφραγίδες και πίεση τα ψηφία σε πινακίδα κυκλοφορίας είναι ανάγλυφα, αλλά σε μικροσκοπική κλίμακα).
"Εκτός από την εύρεση της σωστής μεθόδου, ώστε να μπορούμε να σχεδιάσουμε μεγαλύτερες περιοχές", λέει ο Link, "η υπόλοιπη διαδικασία κατασκευής είναι πραγματικά πολύ απλή."
Link δεν ήθελε να μαντέψει για το πότε θα μπορούσαμε να δούμε αυτά τα εικονοστοιχεία νανο-κλίμακας που χρησιμοποιούνται στις εμπορικές οθόνες και συσκευές. Σε αυτό το σημείο, ο ίδιος και οι ερευνητές του συνεχίζουν να επικεντρώνουν την τεχνολογία στο στόχο του καμουφλάζ σαν καλαμάρι. Μια συνεργασία με τους κατασκευαστές διαφημιστικών πινακίδων θα μπορούσε να βοηθήσει την ομάδα να πλησιάσει τον στόχο, αν και οδήγησε σε νέα είδη οθονών για καταναλωτικές συσκευές.
Ίσως η ομάδα της Link στο Rice να συνεργαστεί με ερευνητές του MIT, οι οποίοι εργάζονται επίσης για την αναπαραγωγή των ιδιοτήτων του δέρματος κεφαλοπόδων. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί εκεί έδειξαν πρόσφατα ένα υλικό που μιμείται όχι μόνο το χρώμα, αλλά και την υφή. Αυτό θα είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για το στόχο του στρατού να κάνει τα οχήματα αόρατα. Μια ευέλικτη οθόνη θα μπορούσε, για παράδειγμα, να κάνει μια δεξαμενή να μοιάζει σαν βράχια ή μπάζα από μακριά. Αλλά αν οι πλευρές της είναι ακόμα ομαλές και επίπεδες, θα εξακολουθούν να ξεχωρίζουν σε πιο προσεκτικό έλεγχο.
