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Aug 13, 2023

Pantallas controladas por aletas flexibles y gotas de líquido más versátiles y eficientes que las pantallas LED

Ingenieros inspirados en las pieles cambiantes de animales como camaleones y pulpos Por Published Champaign, Ill. — Pantallas flexibles que pueden cambiar de color, transmitir información e incluso enviar mensajes velados

Ingenieros inspirados en las pieles cambiantes de animales como camaleones y pulpos.

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Champaign, Illinois — Ahora son posibles pantallas flexibles que pueden cambiar de color, transmitir información e incluso enviar mensajes velados mediante radiación infrarroja, gracias a una nueva investigación de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Ingenieros inspirados en las pieles cambiantes de animales como camaleones y pulpos han desarrollado aletas robóticas de aleteo controladas por capilares para crear pantallas multipíxeles de luz óptica e infrarroja conmutables que son 1.000 veces más eficientes energéticamente que los dispositivos emisores de luz.

Los ingenieros de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han desarrollado una nueva generación de pantallas de visualización que utilizan aletas flexibles, temperaturas variables y gotas de líquido que se pueden organizar en varias orientaciones para crear imágenes. El control es lo suficientemente preciso como para lograr movimientos complejos, como simular la apertura de una flor. Imagen cortesía de Sameh Tawfick.

Retrato del investigador Sameh TawfickSameh Tawfick Imagen cortesía de ingeniería mecánica y ciencia

El nuevo estudio dirigido por el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas Sameh Tawfick demuestra cómo las aletas y los fluidos flexibles pueden cambiar simultáneamente entre rectos o doblados, calientes y fríos controlando el volumen y la temperatura de pequeños píxeles llenos de fluido. Variar el volumen de fluidos dentro de los píxeles puede cambiar las direcciones en las que se mueven las aletas (similar a los antiguos relojes giratorios) y variar la temperatura permite que los píxeles se comuniquen a través de energía infrarroja.

Los hallazgos del estudio se publican en la revista Science Advances.

El interés de Tawfick en la interacción de las fuerzas elásticas y capilares (o elastocapilaridad) comenzó como estudiante de posgrado, abarcó la ciencia básica de la humectación del cabello y lo condujo a su investigación sobre pantallas robóticas blandas en Illinois.

"Un ejemplo cotidiano de elastocapilaridad es lo que le sucede a nuestro cabello cuando nos duchamos", dijo Tawfick. "Cuando nuestro cabello se moja, se pega y se dobla o se agrupa a medida que se aplican y liberan fuerzas capilares cuando se seca".

En el laboratorio, el equipo creó pequeñas cajas, o píxeles, de unos pocos milímetros de tamaño, que contienen aletas hechas de un polímero flexible que se dobla cuando los píxeles se llenan de líquido y se drenan mediante un sistema de pequeñas bombas. Los píxeles pueden tener una o varias aletas y están dispuestos en matrices que forman una pantalla para transmitir información, dijo Tawfick.

"Tampoco estamos limitados a cajas de píxeles cúbicos", dijo Tawfick. “Las aletas se pueden disponer en varias orientaciones para crear imágenes diferentes, incluso a lo largo de superficies curvas. El control es lo suficientemente preciso como para lograr movimientos complejos, como simular la apertura de una flor”.

El estudio informa que otra característica de las nuevas pantallas es la capacidad de enviar dos señales simultáneas: una que puede verse con el ojo humano y otra que sólo puede verse con una cámara infrarroja.

Un esquema de la visualización simultánea de señales ópticas e infrarrojas de las palabras "OK" y "NO". En el gráfico, los píxeles fríos se indican con un color azul y los píxeles calientes se indican con un color rosa. Gráfico cortesía de Sameh Tawfick.

"Como podemos controlar la temperatura de estas gotas individuales, podemos mostrar mensajes que sólo pueden verse usando un dispositivo infrarrojo", dijo Tawfick, "o podemos enviar dos mensajes diferentes al mismo tiempo".

Sin embargo, existen algunas limitaciones para las nuevas pantallas, dijo Tawfick.

Mientras construía los nuevos dispositivos, el equipo descubrió que las pequeñas bombas necesarias para controlar los fluidos de los píxeles no estaban disponibles comercialmente y que todo el dispositivo es sensible a la gravedad, lo que significa que solo funciona en posición horizontal.

"Una vez que giramos la pantalla 90 grados, el rendimiento se degrada enormemente, lo que es perjudicial para aplicaciones como vallas publicitarias y otros carteles destinados al público", dijo Tawfick. “La buena noticia es que sabemos que cuando las gotas de líquido se vuelven lo suficientemente pequeñas, se vuelven insensibles a la gravedad, como cuando ves una gota de lluvia pegada a tu ventana y no cae. Hemos descubierto que si utilizamos gotas de líquido cinco veces más pequeñas, la gravedad ya no será un problema”.

El equipo dijo que debido a que se comprende bien la ciencia detrás del efecto de la gravedad sobre las gotas, proporcionará el punto focal para su próxima aplicación de la tecnología emergente.

Tawfick dijo que está muy emocionado de ver hacia dónde se dirige esta tecnología porque aporta una nueva idea a un gran espacio de mercado de grandes pantallas reflectantes. "Hemos desarrollado una generación completamente nueva de pantallas que requieren energía mínima, son escalables e incluso lo suficientemente flexibles como para colocarse en superficies curvas".

Los investigadores de Illinois Jonghyun Ha, Yun Seong Kim, Chengzhang Li, Jonghyun Hwang, Sze Chai Leung y Ryan Siu también participaron en esta investigación.

La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Nacional de Ciencias apoyaron esta investigación.

Republicado por la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Por Lois Yoksoulian | Editor de Ciencias Físicas

El artículo “Sistemas integrados de textura y visualización polimórfica controlados por capilaridad” está disponible en línea. DOI: 10.1126/sciadv.adh1321

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