“變形皮膚 "的動(dòng)物激發(fā)了新的能源效率顯示器的靈感

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的新研究使創(chuàng)建靈活的屏幕成為可能，這些屏幕可以改變顏色，傳達(dá)信息，甚至利用紅外光傳輸隱秘信息。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的工程師們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新品種的顯示屏幕，它使用靈活的翅片、不同的溫度和可以以不同方向排列的液滴來(lái)創(chuàng)造圖像。這種控制足夠精確，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作，如模擬花朵綻放的過(guò)程。圖片來(lái)源：Sameh Tawfick

工程師們利用毛細(xì)管控制的機(jī)器人拍打鰭來(lái)構(gòu)建可切換的光學(xué)和紅外光多像素顯示器，其能效是發(fā)光設(shè)備的1000倍。他們的靈感來(lái)自變色龍和章魚(yú)等動(dòng)物的皮膚變化。

由機(jī)械科學(xué)與工程系教授Sameh Tawfick進(jìn)行的最新研究表明，流體和柔性鰭片如何通過(guò)調(diào)整充滿流體的微小像素的體積和溫度，在直線和彎曲以及熱和冷之間同時(shí)過(guò)渡。

通過(guò)改變像素內(nèi)的液體體積，瓣膜可以向不同方向翻轉(zhuǎn)，類似于老式的翻轉(zhuǎn)鐘，而通過(guò)改變溫度，像素可以通過(guò)紅外能量相互作用。

科學(xué)進(jìn)展》雜志發(fā)表了這項(xiàng)研究的結(jié)果。

陶菲克在伊利諾伊州對(duì)軟體機(jī)器人顯示器的研究是由他對(duì)彈性和毛細(xì)管力的相互作用，或稱彈性-毛細(xì)管力的興趣引發(fā)的，他在研究生時(shí)期首次提出了這種興趣。

彈性-毛細(xì)管力的一個(gè)日常例子是我們?cè)谙丛钑r(shí)頭發(fā)發(fā)生的情況。當(dāng)我們的頭發(fā)變濕時(shí)，它粘在一起，隨著毛細(xì)管力的作用而彎曲或捆綁，當(dāng)它變干時(shí)則被釋放。---伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校機(jī)械科學(xué)與工程系教授薩邁赫-托菲克

研究人員在實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)發(fā)了微小的容器，或稱像素，其大小為幾毫米，包括由柔性聚合物制成的鰭，當(dāng)像素被裝入液體并使用微小的泵網(wǎng)絡(luò)排出時(shí)，這些鰭會(huì)彎曲。據(jù)Tawfick說(shuō)，這些像素可以有一個(gè)或更多的鰭，并被組織成陣列來(lái)創(chuàng)建一個(gè)顯示器。

Tawfick補(bǔ)充說(shuō)："我們也不局限于立方體像素盒。翅片可以以不同的方向排列，以創(chuàng)建不同的圖像，甚至沿著彎曲的表面。這種控制足夠精確，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，比如模擬花朵綻放的過(guò)程"。

根據(jù)這項(xiàng)研究，新顯示器的另一個(gè)方面是它們能夠同時(shí)傳輸兩個(gè)信號(hào)，其中一個(gè)信號(hào)可以被人眼看到，另一個(gè)信號(hào)只能被紅外相機(jī)看到。

"因?yàn)槲覀兛梢钥刂七@些單個(gè)液滴的溫度，所以我們可以顯示只能用紅外設(shè)備看到的信息?；蛘呶覀兛梢酝瑫r(shí)發(fā)送兩個(gè)不同的信息，"Tawfick進(jìn)一步表示。

據(jù)Tawfick說(shuō)，雖然新的顯示器確實(shí)有某些限制。

研究人員在創(chuàng)造新的小工具時(shí)發(fā)現(xiàn)，管理像素液體所需的微型泵在市場(chǎng)上并不容易買(mǎi)到，而且整個(gè)系統(tǒng)對(duì)重力敏感，這意味著它只有在水平狀態(tài)下才能發(fā)揮作用。

Tawfick指出："一旦我們將顯示器轉(zhuǎn)過(guò)90度，性能就會(huì)大大降低，這對(duì)廣告牌和其他面向公眾的標(biāo)志等應(yīng)用是不利的。好消息是，我們知道，當(dāng)液滴變得足夠小時(shí)，它們就會(huì)對(duì)重力不敏感，就像你看到粘在窗戶上的雨滴，它不會(huì)掉下來(lái)。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果我們使用小五倍的液滴，重力將不再是一個(gè)問(wèn)題。"

據(jù)科學(xué)家們說(shuō)，他們對(duì)開(kāi)發(fā)中的技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用重點(diǎn)將放在重力如何影響液滴這一廣為人知的科學(xué)問(wèn)題上。

Tawfick表示，他對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向特別感興趣，因?yàn)樗鼮榫薮蟮姆瓷涫狡聊坏目捎^市場(chǎng)引入了一個(gè)新穎的概念。

Tawfick總結(jié)說(shuō)："我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一個(gè)全新的顯示器品種，它需要最少的能量，可以擴(kuò)展，甚至可以靈活地放置在彎曲的表面上。"

此外，參與這項(xiàng)研究的還有來(lái)自伊利諾伊大學(xué)的研究人員Jonghyun Ha, Yun Seong Kim, Chengzhang Li, Jonghyun Hwang, Sze Chai Leung和Ryan Siu。

這項(xiàng)研究得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和空軍科學(xué)研究辦公室的資助。

參考資料

Ha, J., et al. (2023) Polymorphic display and texture integrated systems controlled by capillarity. Science Advances. doi:10.1126/sciadv.adh1321.