Champaign, Ill. — Grazie a una nuova ricerca dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, ora sono possibili display flessibili in grado di cambiare colore, trasmettere informazioni e persino inviare messaggi velati tramite la radiazione infrarossa. Gli ingegneri, ispirati dalle pelli mutevoli di animali come camaleonti e polpi, hanno sviluppato pinne robotiche a sbattimento capillare controllate per creare display multipixel a luce ottica e infrarossa commutabili che sono 1.000 volte più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai dispositivi a emissione di luce.
Gli ingegneri dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign hanno sviluppato una nuova generazione di schermi che utilizzano alette flessibili, temperature variabili e goccioline liquide che possono essere disposte in vari orientamenti per creare immagini. Il controllo è abbastanza preciso da ottenere movimenti complessi, come simulare l’apertura di un fiore che sboccia. Immagine gentilmente concessa da Sameh Tawfick.
Ritratto del ricercatore Sameh Tawfick
Sameh Tawfick Immagine gentilmente concessa da ingegneria meccanica e scienza
Il nuovo studio condotto dal professore di scienze meccaniche e ingegneria Sameh Tawfick dimostra come le pinne e i fluidi pieghevoli possono passare simultaneamente da diritti o piegati a caldo e freddo controllando il volume e la temperatura di minuscoli pixel pieni di liquido. Variando il volume dei fluidi all’interno dei pixel è possibile modificare le direzioni in cui le alette ruotano, in modo simile ai vecchi flip clock, e la variazione della temperatura consente ai pixel di comunicare tramite l’energia a infrarossi.
I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista I progressi della scienza.
L’interesse di Tawfick per l’interazione delle forze elastiche e capillari – o elasto-capillarità – è iniziato come studente laureato, ha abbracciato la scienza di base della bagnatura dei capelli e ha portato alla sua ricerca sui display robotici morbidi all’Illinois.
“Un esempio quotidiano di elasto-capillarità è ciò che accade ai nostri capelli quando entriamo sotto la doccia”, ha detto Tawfick. “Quando i nostri capelli si bagnano, si attaccano e si piegano o si raccolgono mentre le forze capillari vengono applicate e rilasciate quando si asciugano”.
In laboratorio, il team ha creato piccole scatole, o pixel, delle dimensioni di pochi millimetri, che contengono alette fatte di un polimero flessibile che si piegano quando i pixel vengono riempiti di fluido e drenati utilizzando un sistema di minuscole pompe. I pixel possono avere pinne singole o multiple e sono disposti in matrici che formano un display per trasmettere informazioni, ha detto Tawfick.
“Non siamo nemmeno limitati a scatole cubiche di pixel”, ha detto Tawfick. “Le pinne possono essere disposte in vari orientamenti per creare immagini diverse, anche lungo superfici curve. Il controllo è abbastanza preciso da ottenere movimenti complessi, come simulare l’apertura di un fiore che sboccia.
Lo studio riporta che un’altra caratteristica dei nuovi display è la capacità di inviare due segnali simultanei: uno che può essere visto con l’occhio umano e un altro che può essere visto solo con una telecamera a infrarossi.
Uno schema del display dei segnali ottici e infrarossi simultanei delle parole “OK” e “NO”. Nel grafico, i pixel freddi sono indicati da un colore blu e i pixel caldi sono indicati da un colore rosa. Grafica per gentile concessione di Sameh Tawfick.
“Poiché possiamo controllare la temperatura di queste singole goccioline, possiamo visualizzare messaggi che possono essere visti solo utilizzando un dispositivo a infrarossi”, ha detto Tawfick, “Oppure possiamo inviare due messaggi diversi contemporaneamente”.
Tuttavia, ci sono alcune limitazioni ai nuovi display, ha affermato Tawfick.
Durante la costruzione dei nuovi dispositivi, il team ha scoperto che le minuscole pompe necessarie per controllare i fluidi dei pixel non erano disponibili in commercio e che l’intero dispositivo è sensibile alla gravità, il che significa che funziona solo in posizione orizzontale.
“Una volta che ruotiamo il display di 90 gradi, le prestazioni sono notevolmente ridotte, il che è dannoso per applicazioni come cartelloni pubblicitari e altri segnali destinati al pubblico”, ha affermato Tawfick. “La buona notizia è che sappiamo che quando le goccioline di liquido diventano abbastanza piccole, diventano insensibili alla gravità, come quando vedi una goccia di pioggia attaccata alla tua finestra e non cade. Abbiamo scoperto che se usiamo goccioline di fluido cinque volte più piccole, la gravità non sarà più un problema».
Il team ha affermato che, poiché la scienza alla base dell’effetto della gravità sulle goccioline è ben compresa, fornirà il punto focale per la loro prossima applicazione della tecnologia emergente.
Tawfick ha affermato di essere molto entusiasta di vedere dove questa tecnologia è diretta perché porta una nuova idea in un grande spazio di mercato di grandi display riflettenti. “Abbiamo sviluppato una nuova generazione di display che richiedono un’energia minima, sono scalabili e persino abbastanza flessibili da poter essere posizionati su superfici curve”.
Anche i ricercatori dell’Illinois Jonghyun Ha, Yun Seong Kim, Chengzhang Li, Jonghyun Hwang, Sze Chai Leung e Ryan Siu hanno partecipato a questa ricerca.
L’Airforce Office of Scientific Research e la National Science Foundation hanno sostenuto questa ricerca.
Ripubblicato dall’Università dell’Illinois Urbana-Champaign. Di Lois Yoksoulian | Redattore di scienze fisiche
La carta “Sistemi integrati di visualizzazione polimorfica e texture controllati dalla capillarità” è disponibile in linea. DOI: 10.1126/sciadv.adh1321
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