Гибкие дисплеи, которые могут менять цвет, передавать информацию и даже отправлять завуалированные сообщения с помощью инфракрасного излучения, теперь возможны благодаря новому исследованию Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. Инженеры, вдохновленные трансформирующейся кожей таких животных, как хамелеоны и осьминоги, разработали роботизированные плавники с капиллярным управлением для создания переключаемых многопиксельных дисплеев с оптическим и инфракрасным светом, которые в 1000 раз более энергоэффективны, чем светоизлучающие устройства.

Новое исследование, проведенное профессором механики и инженерии Самехом Тауфиком, демонстрирует, как гибкие плавники и жидкости могут одновременно переключаться между прямыми или изогнутыми, горячими и холодными, контролируя объем и температуру крошечных пикселей, заполненных жидкостью. Изменение объема жидкости в пикселях может изменить направление, в котором переворачиваются створки — подобно старомодным флип-часам, — а изменение температуры позволяет пикселям обмениваться данными с помощью инфракрасной энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances .

Интерес Тофика к взаимодействию упругих и капиллярных сил — или эласто-капиллярности — начался, когда он был аспирантом, охватил фундаментальную науку о смачивании волос и привел к его исследованиям мягких роботизированных дисплеев в Иллинойсе.

«Повседневный пример эласто-капиллярности — это то, что происходит с нашими волосами, когда мы идем в душ», — сказал Тауфик. «Когда наши волосы намокают, они слипаются и изгибаются или собираются в пучки, поскольку действуют капиллярные силы, которые высвобождаются при высыхании».

В лаборатории команда создала небольшие коробки или пиксели размером в несколько миллиметров, которые содержат ребра из гибкого полимера, которые изгибаются, когда пиксели заполняются жидкостью и дренируются с помощью системы крошечных насосов. По словам Тауфика, пиксели могут иметь один или несколько ребер и организованы в массивы, которые образуют дисплей для передачи информации.

«Мы не ограничиваемся рамками кубических пикселей, — сказал Тауфик. «Плавники можно расположить в различных ориентациях для создания разных изображений даже на изогнутых поверхностях. Управление достаточно точное, чтобы выполнять сложные движения, например, имитировать раскрытие цветка».

В исследовании сообщается, что еще одной особенностью новых дисплеев является возможность посылать два одновременных сигнала: один можно увидеть человеческим глазом, а другой можно увидеть только с помощью инфракрасной камеры.

«Поскольку мы можем контролировать температуру этих отдельных капель, мы можем отображать сообщения, которые можно увидеть только с помощью инфракрасного устройства, — сказал Тауфик, — или мы можем отправлять два разных сообщения одновременно». Однако у новых дисплеев есть несколько ограничений, сказал Тауфик.

При создании новых устройств команда обнаружила, что крошечные насосы, необходимые для управления жидкостями пикселей , не были коммерчески доступны, а все устройство чувствительно к гравитации, а это означает, что оно работает только в горизонтальном положении.

«Как только мы поворачиваем дисплей на 90 градусов, производительность сильно снижается, что наносит ущерб таким приложениям, как рекламные щиты и другие вывески, предназначенные для публики», — сказал Тауфик. «Хорошая новость заключается в том, что мы знаем, что когда капли жидкости становятся достаточно маленькими, они становятся нечувствительными к гравитации, например, когда вы видите каплю дождя, прилипшую к вашему окну, и она не падает. Мы обнаружили, что если мы используем капли жидкости, которые в пять раз меньше, гравитация больше не будет проблемой».

Команда заявила, что, поскольку наука о влиянии гравитации на капли хорошо изучена, она станет центром их следующего применения новой технологии.

Тауфик сказал, что он очень рад видеть, куда движется эта технология, потому что она приносит свежую идею на большой рынок больших отражающих дисплеев. «Мы разработали совершенно новое поколение дисплеев, которые требуют минимального энергопотребления, являются масштабируемыми и даже достаточно гибкими, чтобы их можно было размещать на изогнутых поверхностях».