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Aug 13, 2023

Display controllati da alette flessibili e goccioline di liquido più versatili ed efficienti degli schermi a LED

Ingegneri ispirati dalla pelle metamorfosata di animali come camaleonti e polpi Di Published Champaign, Illinois — Display flessibili che possono cambiare colore, trasmettere informazioni e persino inviare informazioni velate

Ingegneri ispirati dalle pelli metamorfosi di animali come camaleonti e polpi

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Champaign, Illinois — Grazie a una nuova ricerca dell'Università Urbana-Champaign dell'Università dell'Illinois, ora sono possibili display flessibili in grado di cambiare colore, trasmettere informazioni e persino inviare messaggi velati tramite radiazioni infrarosse. Gli ingegneri, ispirati dalla pelle in trasformazione di animali come camaleonti e polpi, hanno sviluppato pinne battenti robotiche controllate da capillari per creare display multipixel commutabili a luce ottica e infrarossa che sono 1.000 volte più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai dispositivi che emettono luce.

Gli ingegneri Urbana-Champaign dell'Università dell'Illinois 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 consentire movimenti complessi, come simulare l'apertura di un fiore che sboccia. Immagine gentilmente concessa da Sameh Tawfick.

Ritratto del ricercatore Sameh TawfickSameh 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 alette e i fluidi pieghevoli possono passare simultaneamente da diritti o piegati a caldi e freddi controllando il volume e la temperatura di minuscoli pixel pieni di fluido. Variando il volume dei fluidi all’interno dei pixel si possono modificare le direzioni in cui le alette si ribaltano – in modo simile ai vecchi orologi a fogli mobili – e variando la temperatura si consente ai pixel di comunicare tramite energia a infrarossi.

I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Science Advances.

L'interesse di Tawfick per l'interazione delle forze elastiche e capillari - o elasto-capillarità - è iniziato quando era uno 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 nella doccia", ha detto Tawfick. "Quando i nostri capelli si bagnano, si attaccano e si piegano o si raggruppano mentre le forze capillari vengono applicate e rilasciate quando si asciugano."

In laboratorio, il team ha creato piccole scatole, o pixel, di pochi millimetri di dimensione, che contengono alette costituite da un polimero flessibile che si piega quando i pixel vengono riempiti di fluido e drenati utilizzando un sistema di minuscole pompe. I pixel possono avere alette singole o multiple e sono disposti in matrici che formano un display per trasmettere informazioni, ha affermato Tawfick.

"Non ci limitiamo nemmeno ai pixel box cubici", ha affermato Tawfick. “Le alette possono essere disposte in vari orientamenti per creare immagini diverse, anche lungo superfici curve. Il controllo è abbastanza preciso da consentire 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 visibile con l'occhio umano e un altro visibile solo con una telecamera a infrarossi.

Uno schema del display dei segnali ottici e infrarossi simultanei delle parole "OK" e "NO". Nell'immagine i pixel freddi sono indicati dal colore blu mentre i pixel caldi sono indicati dal 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 ruotato il display di 90 gradi, le prestazioni diminuiscono notevolmente, 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 liquide diventano abbastanza piccole, diventano insensibili alla gravità, come quando vedi una goccia di pioggia attaccarsi alla tua finestra e non cade. Abbiamo scoperto che se utilizziamo goccioline di fluido cinque volte più piccole, la gravità non sarà più un problema”.