Biólogos e pesquisadores de nanotecnologia da Universidade Rice trabalharam durante anos em um projeto financiado pela Marinha dos EUA para criar um material que possa se adaptar visualmente ao ambiente em tempo real. O objetivo é permitir que navios, veículos e eventualmente soldados se tornem invisíveis - ou quase invisíveis - como algumas espécies de lulas e outros cefalópodes.
Com a pele de lula como modelo, os cientistas desenvolveram uma tela flexível, de alta resolução e baixa potência que poderia imitar realisticamente seu ambiente. A nova tecnologia de exibição, na verdade, torna os pixels individuais (os minúsculos pontos coloridos que compõem a imagem em sua televisão e smartphone) invisíveis ao olho humano. Usando nanobastões de alumínio de comprimentos e espaçamentos precisos, os pesquisadores descobriram que podiam criar pontos vívidos de várias cores que são 40 vezes menores que os pixels encontrados nas TVs de hoje.
Como funciona
Em um estudo publicado recentemente na edição inicial do Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), os autores ilustram como eles usaram uma técnica chamada deposição de feixe de elétrons para criar matrizes de nanobastões e pixels de cinco mícrons quadrados - aproximadamente o tamanho de uma planta ou mofo - que produzem cores brilhantes sem o uso de corantes, que podem desaparecer com o tempo. A cor de cada um desses minúsculos pixels pode ser afinada variando as distâncias entre as hastes nos arrays ou os comprimentos das hastes individuais.
Os pesquisadores criaram uma matriz de pixels em nanoescala que pode ser precisamente ajustada para várias cores (A). Cada pixel é composto de uma série de minúsculos bastões de alumínio (B) que, dependendo de seu comprimento e disposição, produzem cores diferentes. (Atas da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América) (Atas da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América) A cor do pixel é produzida quando a luz atinge os nanobastões e se espalha em comprimentos de onda específicos. Variando o arranjo e o comprimento dos nanobastões ao redor, a equipe é capaz de controlar precisamente como a luz se move, estreitando o espectro de luz e, com efeito, ajustando a luz visível que cada pixel emite. Os pixels que a equipe criou também são plasmônicos, o que significa que eles ficam mais claros e mais claros, dependendo da luz circundante, muito parecido com as cores dos vitrais. Isso pode ser útil para criar telas de baixa potência em dispositivos de consumo, que também devem ser menos estressantes para os olhos.
Como a tecnologia depende principalmente do alumínio, que é barato e fácil de trabalhar, esses tipos de displays não devem ser proibitivamente caros ou extremamente difíceis de fabricar.
Sala de Melhoria
Stephan Link, professor associado de química na Rice University e pesquisador líder do estudo PNAS, diz que a equipe não se propôs a resolver nenhum problema fundamental com a tecnologia de exibição existente, mas sim trabalhar em busca de pixels menores para uso em um wearable, material de baixa potência que é fino e responde à luz ambiente.
"Agora que temos essas cores bonitas", diz ele em um e-mail, "estamos pensando em todas as maneiras de melhorá-las e em como podemos trabalhar em direção à pele nano de lula que é o objetivo final dessa colaboração".
De acordo com a Link, uma forma de melhorar a tecnologia seria fazer parcerias com especialistas na indústria de displays comerciais. Embora a tecnologia para fazer os pixels seja muito diferente, a equipe espera que muitos dos outros componentes da tela, como os cristais líquidos que determinam a taxa de atualização de uma tela e o tempo de resposta do pixel, permaneçam iguais ou semelhantes àqueles usados atualmente.
Para fazer uma exibição flexível, os pesquisadores podem tentar construir os pixels como escamas, de modo que o material subjacente possa dobrar, mas os cristais líquidos e os nano-arranjos de alumínio podem permanecer planos. Mas para chegar a esse ponto, a equipe pode precisar de ajuda.
“Parece meio engraçado dizer isso, mas um grande obstáculo é diminuir o tamanho da parte de cristal líquido de nossos monitores”, escreve Link. “Você vê telas LCD minúsculas o tempo todo em tecnologia, mas não temos máquinas industriais sofisticadas capazes de produzir imagens com alta precisão e reprodutibilidade, então isso é um grande obstáculo da nossa parte.”
Outro obstáculo potencial é replicar a vasta gama de cores possíveis nos monitores high-end de hoje. Embora os pesquisadores ainda não estejam lá, Link parece confiante de que sua tecnologia está à altura da tarefa.
“O melhor das cores é que existem duas maneiras de fazer isso”, diz Link. “Por exemplo, a cor amarela: o comprimento de onda da luz que parece amarelo é de 570 nanômetros, e poderíamos fazer um pixel que tenha um pico agudo e agradável em 570 nm e dar a você amarelo dessa maneira. Ou, podemos fazer amarelo colocando um pixel vermelho e um pixel verde ao lado do outro, como o que é feito nos displays RGB atuais. Para uma exibição ativa, a mixagem RGB é a maneira de fazer isso de forma eficiente, mas para exibições permanentes, temos as duas opções ”.
A mixagem RGB tem desvantagens visíveis nos monitores existentes, porque os pixels geralmente são visíveis a olho nu. Mas com essa tecnologia, você precisaria de um microscópio para vê-los e discernir qual método de criação de cores está sendo usado.
Aplicando o Finding to Consumer Technology
A capacidade de criar e manipular precisamente as minúsculas hastes de nanoescala desempenha um grande papel no avanço da equipe. Obter o comprimento ou o espaçamento dessas minúsculas hastes, mesmo que levemente, afetaria a saída de cores da exibição concluída. Assim, o escalonamento da produção até a produção em massa desses tipos de displays também pode representar um problema - pelo menos no começo. Link é promissor, apontando para duas tecnologias de fabricação existentes que poderiam ser usadas para construir esses tipos de displays - litografia UV, que usa luz de alta energia para produzir estruturas minúsculas e litografia de nanoimpressão, que usa carimbos e pressão (muito parecido com o caminho) os dígitos em uma placa de licença são gravados em relevo, mas em escala microscópica).
“Além de encontrar o método certo para que possamos padronizar áreas maiores”, diz Link, “o restante do processo de fabricação é realmente bastante simples”.
Link não quis adivinhar quando poderíamos ver esses pixels em nano escala usados em displays e dispositivos comerciais. Nesse ponto, ele e seus colegas pesquisadores ainda estão focados em aperfeiçoar a tecnologia em direção ao objetivo de camuflagem tipo lula. Uma colaboração com fabricantes de displays comerciais poderia ajudar a equipe a se aproximar desse objetivo, além de levar a novos tipos de displays para dispositivos de consumo.
Talvez o grupo de Link na Rice deva se juntar a pesquisadores do MIT, que também estão trabalhando na replicação das propriedades da pele de cefalópodes. Os cientistas e engenheiros de lá recentemente demonstraram um material que pode imitar não apenas a cor, mas também a textura. Esta será uma característica importante para o objetivo dos militares de tornar os veículos invisíveis. Um display flexível poderia, por exemplo, fazer com que um tanque parecesse com rochas ou escombros de longe. Mas se seus lados ainda estiverem lisos e planos, ainda se destacará em uma inspeção mais próxima.
