Para penyelidik biologi dan nanoteknologi di Rice University telah bekerja selama bertahun-tahun dalam projek yang didanai oleh Tentera Laut Amerika Syarikat untuk membuat bahan yang dapat menyesuaikan diri secara visual dengan persekitarannya secara real-time. Matlamatnya adalah untuk membolehkan kapal, kenderaan dan akhirnya tentera menjadi tidak kelihatan-atau hampir tidak dapat dilihat-seperti beberapa spesies cumi-cumi dan cephalopod lain.
Dengan kulit cumi sebagai model mereka, saintis membangunkan paparan fleksibel, resolusi tinggi, berkuasa rendah yang boleh meniru alam sekitarnya secara realistik. Teknologi paparan baru sebenarnya menjadikan piksel individu (titik berwarna kecil yang membentuk imej pada televisyen dan telefon pintar) yang tidak dapat dilihat dengan mata manusia. Menggunakan nanorods aluminium panjang dan jarak yang tepat, para penyelidik mendapati mereka boleh mencipta titik terang pelbagai warna yang 40 kali lebih kecil daripada piksel yang terdapat di TV hari ini.
Bagaimana ia berfungsi
Dalam satu kajian yang baru-baru ini diterbitkan dalam edisi awal Prosiding Akademi Sains Kebangsaan (PNAS), penulis menggambarkan bagaimana mereka menggunakan teknik yang disebut pemendapan elektron-rasuk untuk mencipta susunan nanorods dan piksel lima mikron persegi-kira-kira saiz tumbuhan atau spora acuan-yang menghasilkan warna-warna terang tanpa menggunakan pewarna, yang boleh pudar dari masa ke masa. Warna setiap piksel kecil ini dapat ditala dengan baik dengan mengubah sama ada jarak antara rod dalam tatasusunan atau panjang batang individu.
Penyelidik mencipta pelbagai nano-skala piksel yang boleh ditala dengan tepat pada pelbagai warna (A). Setiap piksel terdiri daripada pelbagai rod aluminium kecil (B) yang, bergantung pada panjang dan susunannya, menghasilkan warna yang berbeza. (Prosiding Akademi Sains Negara Amerika Syarikat) (Prosiding Akademi Sains Negara Amerika Syarikat) Warna piksel dihasilkan apabila cahaya mencecah nanorod dan menyerak pada panjang gelombang tertentu. Dengan mengubah susunan dan panjang nanorods di sekeliling, pasukan dapat mengendalikan dengan tepat bagaimana cahaya melantun di sekitar, menyempitkan spektrum cahaya dan, dengan berkesan, menyesuaikan cahaya yang kelihatan setiap piksel memberhentikan. Piksel yang dihasilkan oleh pasukan juga plasmonik, bermakna mereka menjadi lebih terang dan redup bergantung pada cahaya sekitar, sama seperti warna dalam kaca berwarna. Ini berguna untuk menghasilkan paparan kuasa rendah di dalam peranti pengguna, yang sepatutnya kurang tertekan pada mata.
Kerana teknologi bergantung terutamanya kepada aluminium, yang murah dan mudah untuk digunakan, jenis-jenis paparan ini tidak boleh mahal atau sangat sukar untuk dihasilkan.
Bilik Penambahbaikan
Stephan Link, profesor kimia bersekutu di Rice University dan penyelidik utama dalam kajian PNAS, mengatakan pasukan itu tidak menetapkan untuk menyelesaikan sebarang masalah asas dengan teknologi paparan sedia ada, tetapi untuk bekerja ke arah piksel yang lebih kecil untuk digunakan dalam dpt dipakai, bahan kuasa rendah yang nipis dan responsif kepada cahaya ambien.
"Sekarang kita mempunyai warna-warna yang bagus ini, " katanya dalam e-mel, "kami memikirkan semua cara yang dapat kami lakukan untuk memperbaikinya, dan bagaimana kami boleh bekerja ke arah kulit cumi nano yang merupakan matlamat utama kolaborasi ini."
Menurut Link, salah satu cara untuk meningkatkan teknologi ini adalah untuk bekerjasama dengan pakar dalam industri paparan komersil. Walaupun teknologi untuk membuat piksel sangat berbeza, pasukan menjangkakan banyak komponen paparan lain, seperti kristal cair yang menentukan kadar penyegaran paparan dan masa tindak balas piksel, akan tetap sama atau serupa dengan yang digunakan pada hari ini.
Untuk membuat paparan yang fleksibel, penyelidik boleh cuba membina piksel seperti skala, supaya bahan asas dapat bengkok, tetapi kristal cecair dan array aluminium nano boleh tetap rata. Tetapi untuk sampai ke tahap itu, pasukan mungkin memerlukan bantuan.
"Nampaknya agak lucu untuk mengatakannya, tetapi satu halangan utama adalah untuk mengurangkan saiz bahagian kristal cecair dari pameran kami, " tulis Pautan. "Anda melihat skrin LCD yang sangat kecil sepanjang masa dalam teknologi, tetapi kami tidak mempunyai mesin perindustrian mewah yang mampu membuat mereka yang mempunyai ketepatan dan penambahbaikan yang tinggi, jadi itu halangan utama di pihak kami."
Satu lagi halangan yang berpotensi adalah meniru pelbagai jenis warna yang mungkin dalam paparan mewah hari ini. Walaupun para penyelidik belum ada lagi, Link nampaknya yakin bahawa teknologi mereka terpulang kepada tugas itu.
"Perkara yang hebat tentang warna ialah terdapat dua cara untuk menjadikannya, " kata Link. "Contohnya, warna kuning: Panjang gelombang cahaya yang kelihatan kuning adalah 570 nanometer, dan kita boleh membuat piksel yang mempunyai puncak tajam yang bagus pada 570 nm dan memberi anda kuning dengan cara itu. Atau, kita boleh membuat kuning dengan meletakkan piksel merah dan piksel hijau bersebelahan antara satu sama lain, seperti apa yang dilakukan dalam paparan RGB semasa. Untuk paparan aktif, pencampuran RGB adalah cara untuk melakukannya dengan cekap, tetapi untuk memaparkan tetap, kami mempunyai kedua-dua pilihan. "
Pencampuran RGB mempunyai kelemahan yang jelas dalam paparan yang sedia ada, kerana piksel sering dilihat oleh mata kasar. Tetapi dengan teknologi ini, anda memerlukan mikroskop untuk melihatnya dan untuk mengetahui kaedah penciptaan warna mana yang sedang digunakan.
Memohon Mencari Teknologi Pengguna
Keupayaan untuk mencipta dan memanipulasi rod skala kecil nano memainkan peranan yang besar dalam penemuan pasukan. Mendapatkan panjang atau jarak rod kecil ini sedikit pun akan menjejaskan keluaran warna paparan yang lengkap. Oleh itu, pembuatan skala untuk memproduksi massa jenis paparan ini juga boleh menimbulkan masalah-sekurang-kurangnya pada mulanya. Pautan sememangnya diharapkan, menunjuk kepada dua teknologi pembuatan yang sedia ada yang boleh digunakan untuk membina jenis paparan ini-litografi UV, yang menggunakan cahaya tenaga tinggi untuk menghasilkan struktur kecil, dan litografi nanoimprint, yang menggunakan setem dan tekanan (sama seperti cara digit pada plat lesen timbul, tetapi pada skala mikroskopik).
"Selain daripada mencari kaedah yang tepat supaya kita dapat merangka kawasan yang lebih besar, " kata Link, "proses pembuatan yang lain sebenarnya agak mudah."
Pautan tidak mahu meneka apabila kita mungkin melihat piksel skala nano yang digunakan dalam paparan dan peranti komersial. Pada ketika ini, beliau dan rakan-rakan penyelidiknya masih menumpukan pada penapisan teknologi ke arah tujuan mereka seperti penyamaran seperti cumi. Kerjasama dengan pembuat paparan komersial boleh membantu pasukan mendapatkan lebih dekat dengan matlamat itu walaupun sementara juga membawa kepada jenis baru untuk peranti pengguna.
Mungkin kumpulan Link di Rice harus bekerjasama dengan penyelidik di MIT, yang juga bekerja untuk mereplikasi sifat kulit cephalopod. Para saintis dan jurutera di sana baru-baru ini menunjukkan bahan yang boleh meniru bukan sahaja warna, tetapi juga tekstur. Ini akan menjadi ciri penting bagi matlamat tentera untuk membuat kenderaan tidak kelihatan. Contohnya fleksibel boleh membuat tangki kelihatan seperti batu atau runtuhan dari jauh. Tetapi jika pihaknya masih lancar dan rata, ia masih akan menentang pemeriksaan yang lebih dekat.
