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Aug 13, 2023

Monitores controlados por aletas flexíveis e gotículas de líquido mais versáteis e eficientes que telas de LED

Engenheiros inspirados nas peles mutantes de animais como camaleões e polvos Por Published Champaign, Illinois - Telas flexíveis que podem mudar de cor, transmitir informações e até mesmo enviar mensagens veladas

Engenheiros inspirados nas peles de animais como camaleões e polvos

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Champaign, Illinois – Telas flexíveis que podem mudar de cor, transmitir informações e até mesmo enviar mensagens veladas via radiação infravermelha agora são possíveis, graças a uma nova pesquisa da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. Engenheiros inspirados nas peles mutantes de animais como camaleões e polvos desenvolveram barbatanas robóticas controladas por capilares para criar telas multipixels de luz infravermelha e óptica comutáveis ​​que são 1.000 vezes mais eficientes em termos de energia do que dispositivos emissores de luz.

Os engenheiros da Universidade de Illinois Urbana-Champaign desenvolveram uma nova geração de telas que usam aletas flexíveis, temperaturas variadas e gotículas de líquido que podem ser organizadas em várias orientações para criar imagens. O controle é preciso o suficiente para realizar movimentos complexos, como simular o desabrochar de uma flor. Imagem cortesia de Sameh Tawfick.

Retrato do pesquisador Sameh TawfickSameh Tawfick Imagem cortesia de engenharia mecânica e ciência

O novo estudo liderado pelo professor de ciências mecânicas e engenharia Sameh Tawfick demonstra como aletas e fluidos dobráveis ​​podem alternar simultaneamente entre retos ou dobrados e quentes e frios, controlando o volume e a temperatura de minúsculos pixels cheios de fluido. Variar o volume de fluidos dentro dos pixels pode alterar as direções em que as abas giram – semelhante aos relógios antigos – e variar a temperatura permite que os pixels se comuniquem por meio de energia infravermelha.

Os resultados do estudo são publicados na revista Science Advances.

O interesse de Tawfick na interação de forças elásticas e capilares - ou elasto-capilaridade - começou como estudante de graduação, abrangeu a ciência básica de molhar o cabelo e levou à sua pesquisa em displays robóticos suaves em Illinois.

“Um exemplo cotidiano de elastocapilaridade é o que acontece com nossos cabelos quando tomamos banho”, disse Tawfick. “Quando nosso cabelo fica molhado, ele gruda e se dobra ou se enrola à medida que as forças capilares são aplicadas e liberadas quando ele seca.”

No laboratório, a equipe criou pequenas caixas, ou pixels, de alguns milímetros de tamanho, que contêm aletas feitas de um polímero flexível que se dobram quando os pixels são preenchidos com fluido e drenados por meio de um sistema de pequenas bombas. Os pixels podem ter aletas únicas ou múltiplas e são organizados em matrizes que formam uma tela para transmitir informações, disse Tawfick.

“Também não estamos limitados a caixas de pixels cúbicos”, disse Tawfick. “As barbatanas podem ser dispostas em várias orientações para criar imagens diferentes, mesmo ao longo de superfícies curvas. O controle é preciso o suficiente para realizar movimentos complexos, como simular o desabrochar de uma flor.”

O estudo relata que outra característica dos novos displays é a capacidade de enviar dois sinais simultâneos — um que pode ser visto pelo olho humano e outro que só pode ser visto por uma câmera infravermelha.

Um esquema da exibição simultânea de sinais ópticos e infravermelhos das palavras “OK” e “NÃO”. No gráfico, os pixels frios são indicados pela cor azul e os pixels quentes são indicados pela cor rosa. Gráfico cortesia de Sameh Tawfick.

“Como podemos controlar a temperatura dessas gotículas individuais, podemos exibir mensagens que só podem ser vistas usando um dispositivo infravermelho”, disse Tawfick, “ou podemos enviar duas mensagens diferentes ao mesmo tempo”.

No entanto, existem algumas limitações para os novos monitores, disse Tawfick.

Ao construir os novos dispositivos, a equipe descobriu que as pequenas bombas necessárias para controlar os fluidos dos pixels não estavam disponíveis comercialmente e que todo o dispositivo é sensível à gravidade – o que significa que só funciona na posição horizontal.

“Depois que giramos a tela em 90 graus, o desempenho fica bastante degradado, o que é prejudicial para aplicações como outdoors e outros sinais destinados ao público”, disse Tawfick. “A boa notícia é que sabemos que quando as gotas de líquido se tornam suficientemente pequenas, tornam-se insensíveis à gravidade, como quando você vê uma gota de chuva grudada na sua janela e ela não cai. Descobrimos que se usarmos gotículas de fluido cinco vezes menores, a gravidade não será mais um problema.”