“变形皮肤 "的动物激发了新的能源效率显示器的灵感
发布时间：2023-07-04 08:00:00 阅读数： 55
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的新研究使创建灵活的屏幕成为可能，这些屏幕可以改变颜色，传达信息，甚至利用红外光传输隐秘信息。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的工程师们已经开发出一种新品种的显示屏幕，它使用灵活的翅片、不同的温度和可以以不同方向排列的液滴来创造图像。这种控制足够精确，可以实现复杂的动作，如模拟花朵绽放的过程。图片来源：Sameh Tawfick
工程师们利用毛细管控制的机器人拍打鳍来构建可切换的光学和红外光多像素显示器，其能效是发光设备的1000倍。他们的灵感来自变色龙和章鱼等动物的皮肤变化。
由机械科学与工程系教授Sameh Tawfick进行的最新研究表明，流体和柔性鳍片如何通过调整充满流体的微小像素的体积和温度，在直线和弯曲以及热和冷之间同时过渡。
通过改变像素内的液体体积，瓣膜可以向不同方向翻转，类似于老式的翻转钟，而通过改变温度，像素可以通过红外能量相互作用。
科学进展》杂志发表了这项研究的结果。
陶菲克在伊利诺伊州对软体机器人显示器的研究是由他对弹性和毛细管力的相互作用，或称弹性-毛细管力的兴趣引发的，他在研究生时期首次提出了这种兴趣。
弹性-毛细管力的一个日常例子是我们在洗澡时头发发生的情况。当我们的头发变湿时，它粘在一起，随着毛细管力的作用而弯曲或捆绑，当它变干时则被释放。---伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程系教授萨迈赫-托菲克
研究人员在实验室里开发了微小的容器，或称像素，其大小为几毫米，包括由柔性聚合物制成的鳍，当像素被装入液体并使用微小的泵网络排出时，这些鳍会弯曲。据Tawfick说，这些像素可以有一个或更多的鳍，并被组织成阵列来创建一个显示器。
Tawfick补充说："我们也不局限于立方体像素盒。翅片可以以不同的方向排列，以创建不同的图像，甚至沿着弯曲的表面。这种控制足够精确，可以实现复杂的运动，比如模拟花朵绽放的过程"。
根据这项研究，新显示器的另一个方面是它们能够同时传输两个信号，其中一个信号可以被人眼看到，另一个信号只能被红外相机看到。
"因为我们可以控制这些单个液滴的温度，所以我们可以显示只能用红外设备看到的信息。或者我们可以同时发送两个不同的信息，"Tawfick进一步表示。
据Tawfick说，虽然新的显示器确实有某些限制。
研究人员在创造新的小工具时发现，管理像素液体所需的微型泵在市场上并不容易买到，而且整个系统对重力敏感，这意味着它只有在水平状态下才能发挥作用。
Tawfick指出："一旦我们将显示器转过90度，性能就会大大降低，这对广告牌和其他面向公众的标志等应用是不利的。好消息是，我们知道，当液滴变得足够小时，它们就会对重力不敏感，就像你看到粘在窗户上的雨滴，它不会掉下来。我们已经发现，如果我们使用小五倍的液滴，重力将不再是一个问题。"
据科学家们说，他们对开发中的技术的进一步应用重点将放在重力如何影响液滴这一广为人知的科学问题上。
Tawfick表示，他对这项技术的发展方向特别感兴趣，因为它为巨大的反射式屏幕的可观市场引入了一个新颖的概念。
Tawfick总结说："我们已经开发出了一个全新的显示器品种，它需要最少的能量，可以扩展，甚至可以灵活地放置在弯曲的表面上。"
此外，参与这项研究的还有来自伊利诺伊大学的研究人员Jonghyun Ha, Yun Seong Kim, Chengzhang Li, Jonghyun Hwang, Sze Chai Leung和Ryan Siu。
这项研究得到了国家科学基金会和空军科学研究办公室的资助。
参考资料
Ha, J., et al. (2023) Polymorphic display and texture integrated systems controlled by capillarity. Science Advances. doi:10.1126/sciadv.adh1321.
