Biologi e ricercatori nel campo delle nanotecnologie della Rice University hanno lavorato per anni a un progetto finanziato dalla Marina statunitense per creare un materiale in grado di adattarsi visivamente all'ambiente circostante in tempo reale. L'obiettivo è quello di consentire alle navi, ai veicoli e alla fine ai soldati di diventare invisibili - o quasi invisibili - proprio come alcune specie di calamari e altri cefalopodi.
Con la pelle di seppia come modello, gli scienziati hanno sviluppato un display flessibile, ad alta risoluzione e a bassa potenza che potrebbe imitare realisticamente il suo ambiente. La nuova tecnologia di visualizzazione rende i singoli pixel (i piccoli punti colorati che compongono l'immagine sul televisore e sullo smartphone) invisibili all'occhio umano. Usando nanorod di alluminio di lunghezze e spaziature precise, i ricercatori hanno scoperto che potevano creare punti vividi di vari colori che sono 40 volte più piccoli dei pixel trovati nei televisori di oggi.
Come funziona
In uno studio recentemente pubblicato nella prima edizione del Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), gli autori illustrano come hanno usato una tecnica chiamata deposizione di fascio di elettroni per creare array di nanorod e pixel di cinque micron quadrati - approssimativamente il dimensione di una spora di pianta o muffa, che produce colori brillanti senza l'uso di coloranti, che possono sbiadire nel tempo. Il colore di ciascuno di questi minuscoli pixel può essere regolato con precisione variando le distanze tra le aste nelle matrici o le lunghezze delle singole aste.
I ricercatori hanno creato una serie di pixel su nanoscala che possono essere sintonizzati con precisione su vari colori (A). Ogni pixel è costituito da una serie di minuscole aste di alluminio (B) che, a seconda della loro lunghezza e disposizione, producono colori diversi. (Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America) (Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America) Il colore del pixel viene prodotto quando la luce colpisce i nanorod e si disperde a lunghezze d'onda specifiche. Variando la disposizione e la lunghezza dei nanorodi circostanti, il team è in grado di controllare con precisione il modo in cui la luce rimbalza, restringendo lo spettro della luce e, in effetti, regolando la luce visibile emessa da ciascun pixel. I pixel creati dalla squadra sono anche plasmonici, il che significa che diventano più luminosi e più scuri a seconda della luce circostante, proprio come i colori delle vetrate. Ciò potrebbe essere utile nella creazione di display a basso consumo nei dispositivi di consumo, che dovrebbero anche essere meno stressanti per gli occhi.
Poiché la tecnologia si basa principalmente sull'alluminio, che è economico e facile da lavorare, questi tipi di display non dovrebbero essere proibitivi in termini di costi o estremamente difficili da produrre.
Margini di miglioramento
Stephan Link, professore associato di chimica presso la Rice University e ricercatore capo dello studio PNAS, afferma che il team non ha deciso di risolvere alcun problema fondamentale con la tecnologia di visualizzazione esistente, ma di lavorare per pixel più piccoli da utilizzare in un dispositivo indossabile, materiale a bassa potenza sottile e sensibile alla luce ambientale.
"Ora che abbiamo questi bei colori", dice in una e-mail, "stiamo pensando a tutti i modi in cui possiamo migliorarli e come possiamo lavorare verso la pelle di nano calamari che è l'obiettivo finale di questa collaborazione."
Secondo Link, un modo per migliorare la tecnologia sarebbe collaborare con esperti del settore degli schermi commerciali. Mentre la tecnologia per produrre i pixel è molto diversa, il team si aspetta che molti altri componenti del display, come i cristalli liquidi che determinano la frequenza di aggiornamento del display e il tempo di risposta dei pixel, rimarranno gli stessi o simili a quelli utilizzati oggi.
Per rendere un display flessibile, i ricercatori possono provare a costruire pixel come scale, in modo che il materiale sottostante possa piegarsi, ma i cristalli liquidi e la nano-matrice di alluminio possono rimanere piatti. Ma per arrivare a quel punto, la squadra potrebbe aver bisogno di aiuto.
"Sembra abbastanza divertente dirlo, ma un ostacolo importante è ridimensionare la dimensione della parte a cristalli liquidi dei nostri schermi", scrive Link. "Vedete sempre minuscoli schermi LCD in tecnologia, ma non abbiamo le fantasiose macchine industriali in grado di renderle con precisione e riproducibilità così elevate, quindi questo è un grande ostacolo da parte nostra."
Un altro potenziale ostacolo è replicare la vasta gamma di colori possibile nei display di fascia alta di oggi. Mentre i ricercatori non ci sono ancora, Link sembra fiducioso che la loro tecnologia sia all'altezza del compito.
"Il bello del colore è che ci sono due modi per realizzarlo", afferma Link. “Ad esempio, il colore giallo: la lunghezza d'onda della luce che sembra gialla è 570 nanometri, e potremmo creare un pixel con un bel picco nitido a 570 nm e darti il giallo in quel modo. In alternativa, possiamo rendere giallo posizionando un pixel rosso e un pixel verde uno accanto all'altro, come quello che viene fatto negli attuali display RGB. Per un display attivo, il missaggio RGB è il modo per farlo in modo efficiente, ma per i display permanenti, abbiamo entrambe le opzioni. "
La miscelazione RGB presenta inconvenienti visibili nei display esistenti, poiché i pixel sono spesso visibili ad occhio nudo. Ma con questa tecnologia, avresti bisogno di un microscopio per vederli e discernere quale metodo di creazione del colore viene utilizzato.
Applicazione della tecnologia alla ricerca del consumatore
La capacità di creare e manipolare con precisione le minuscole canne in nano scala gioca un ruolo importante nella svolta del team. Ottenere la lunghezza o la spaziatura di queste minuscole aste anche leggermente off influenzerebbe la resa cromatica del display completo. Pertanto, anche il ridimensionamento della produzione per produrre in serie questi tipi di display potrebbe costituire un problema, almeno all'inizio. Il collegamento è tuttavia promettente, indicando due tecnologie di produzione esistenti che potrebbero essere utilizzate per costruire questo tipo di display: la litografia UV, che utilizza la luce ad alta energia per produrre minuscole strutture, e la litografia nanoimprint, che utilizza timbri e pressione (molto simile al modo in cui le cifre su una targa sono in rilievo, ma su scala microscopica).
"Oltre a trovare il metodo giusto in modo da poter progettare aree più ampie", afferma Link, "il resto del processo di produzione è in realtà piuttosto semplice".
Link non ha voluto indovinare quando potremmo vedere questi pixel su scala nanometrica utilizzati in dispositivi e display commerciali. A questo punto, lui e i suoi colleghi ricercatori sono ancora concentrati sul perfezionamento della tecnologia verso il loro obiettivo di mimetizzarsi come un calamaro. Una collaborazione con produttori di display commerciali potrebbe aiutare il team ad avvicinarsi a tale obiettivo, portando allo stesso tempo a nuovi tipi di display per dispositivi consumer.
Forse il gruppo di Link al Rice dovrebbe collaborare con i ricercatori del MIT, che stanno anche lavorando per replicare le proprietà della pelle dei cefalopodi. Gli scienziati e gli ingegneri hanno recentemente dimostrato un materiale che può imitare non solo il colore, ma anche la trama. Questa sarà una caratteristica importante per l'obiettivo dei militari di rendere invisibili i veicoli. Un display flessibile potrebbe, ad esempio, far sembrare un serbatoio simile a rocce o macerie da lontano. Ma se i suoi lati sono ancora lisci e piatti, si distingue comunque per un controllo più attento.
