ביולוגים וחוקרי ננו-טכנולוגיה מאוניברסיטת רייס עובדים במשך שנים על פרויקט במימון חיל הים האמריקני כדי ליצור חומר שיכול להסתגל חזותית לסביבתו בזמן אמת. המטרה היא לאפשר לספינות, כלי רכב ובסופו של דבר חיילים להפוך לבלתי נראים - או כמעט בלתי נראים - ממש כמו כמה מינים של דיונון ופלפלודים אחרים.
עם עור דיונון כמודל שלהם, פיתחו המדענים תצוגה גמישה בעלת רזולוציה גבוהה בעלת עוצמה נמוכה שיכולה לחקות מציאותית את סביבתה. טכנולוגיית התצוגה החדשה הופכת למעשה את הפיקסלים האישיים (הנקודות הצבעוניות הזעירות המרכיבות את התמונה בטלוויזיה ובסמארטפון שלכם) לבלתי נראות לעין האנושית. החוקרים מצאו כי הם עשויים ליצור נקודות חיוניות בצבעים שונים הקטנים פי 40 מהפיקסלים שנמצאים בטלוויזיות של היום, תוך שימוש בננו-קודרות אלומיניום באורכים ובמרווח מדויקים.
איך זה עובד
במחקר שפורסם לאחרונה במהדורה המוקדמת של "המשך האקדמיה הלאומית למדעים" (PNAS), המחברים ממחישים כיצד הם השתמשו בטכניקה המכונה בתצהיר קרן אלקטרונים כדי ליצור מערכים של ננוורודים ופיקסלים של חמישה מיקרון מרובע - בערך בגודל של נבג צמח או עובש - המייצרים צבעים בהירים ללא שימוש בצבעים, העלולים לדעוך לאורך זמן. ניתן לכוונן את הצבעים של כל אחד מהפיקסלים הזעירים על ידי שינוי המרחקים בין המוטות במערכים או באורכם של מוטות בודדים.
חוקרים יצרו מערך של פיקסלים בקנה מידה ננו שניתן לכוונן במדויק לצבעים שונים (A). כל פיקסל מורכב ממערך מוטות אלומיניום זעירים (B) שתלויים באורכם ובסידורם, הם מייצרים צבעים שונים. (המשך האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית) (המשך האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית) צבע הפיקסל מיוצר כאשר האור פוגע בננוורוד ומתפזר באורכי גל ספציפיים. על ידי שינוי הסידור ואורכם של הננוורודים שמסביב, הצוות מסוגל לשלוט במדויק על האופן בו האור מקפץ, לצמצם את ספקטרום האור ולמעשה, לכוונן את האור הנראה שכל פיקסל מפטיר. הפיקסלים שהקבוצה יצרה הם גם פלסמוניים, כלומר הם מקבלים בהירים ועמומים יותר בהתאם לאור שמסביב, בדומה לצבעים בזכוכית צבעונית. זה יכול להיות שימושי ביצירת תצוגות בעלות עוצמה נמוכה במכשירים צרכניים, שאמורות גם להיות פחות מלחיצות בעיניים.
מכיוון שהטכנולוגיה מסתמכת בעיקר על אלומיניום, שאינו זול וקל לעבוד איתו, אסור שיהיו סוגים אלה של תצוגה יקרים בצורה בלתי מוגבלת או קשה במיוחד לייצור.
מקום לשיפור
סטפן לינק, פרופסור חבר לכימיה מאוניברסיטת רייס והחוקר הראשי במחקר ה- PNAS, אומר שהצוות לא התכוון לפתור בעיות מהותיות בטכנולוגיית התצוגה הקיימת, אלא לעבוד לקראת פיקסלים קטנים יותר לשימוש בביש, חומר בעל עוצמה נמוכה שהוא דק ומענה לאור הסביבה.
"עכשיו שיש לנו את הצבעים הנאים האלה", הוא אומר במייל, "אנו חושבים על כל הדרכים בהן אנו יכולים לשפר אותם, וכיצד נוכל לעבוד לעבר דיונון הננו שהוא המטרה הסופית של שיתוף הפעולה הזה."
על פי לינק, אחת הדרכים לשפר את הטכנולוגיה היא להיות שותפות עם מומחים בתעשיית התצוגה המסחרית. בעוד שהטכנולוגיה לייצור הפיקסלים שונה מאוד, הצוות מצפה שרבים ממרכיבי התצוגה האחרים, כמו הגבישים הנוזליים שקובעים את קצב הרענון של התצוגה ואת זמן התגובה לפיקסלים, יישארו זהים או דומים לאלה המשמשים כיום.
כדי ליצור תצוגה גמישה החוקרים עשויים לנסות לבנות את הפיקסלים כמו קשקשים, כך שהחומר הבסיסי יכול להתכופף, אך הגבישים הנוזלים ומערך הננו האלומיניום יכולים להישאר שטוחים. אך כדי להגיע למצב זה, הצוות עשוי להזדקק לעזרה.
"זה נראה די מצחיק לומר את זה, אבל מכשול עיקרי אחד הוא לפרט את גודל החלק של הגביש הנוזל בתצוגה שלנו", כותב לינק. "אתה רואה מסכי LCD זעירים מאוד כל הזמן בתחום הטכנולוגיה, אבל אין לנו את המכונות התעשייתיות המפוארות שיכולות להפוך את אלה עם דיוק ושחזור רב כל כך גבוה, כך שזה מכשול גדול מצידנו."
מכשול אפשרי נוסף הוא לשכפל את מערך הצבעים העצום האפשרי בתצוגות המתקדמות של ימינו. למרות שהחוקרים עדיין לא ממש שם, נראה כי קישור בטוח כי הטכנולוגיה שלהם עומדת במשימה.
"הדבר הגדול בצבע הוא שיש שתי דרכים לעשות את זה", אומר לינק. "לדוגמא, הצבע צהוב: אורך הגל של האור שנראה צהוב הוא 570 ננומטר, ואנחנו יכולים ליצור פיקסל שיש לו שיא נחמד ונחמד ב 570 ננומטר ולתת לך צהוב ככה. לחלופין, אנו יכולים להכין צהוב על ידי הצבת פיקסל אדום ופיקסל ירוק אחד ליד השני, כמו מה שנעשה בתצוגות RGB הנוכחיות. לתצוגה פעילה, ערבוב RGB הוא הדרך לעשות זאת ביעילות, אבל לתצוגות קבועות יש לנו שתי האפשרויות. "
לערבוב RGB יש חסרונות גלויים בתצוגות קיימות, מכיוון שפיקסלים לעיתים קרובות גלויים לעין בלתי מזוינת. אבל עם הטכנולוגיה הזו, היית זקוק למיקרוסקופ כדי לראות אותם ולהבחין באיזו שיטת יצירת צבעים משתמשים.
החלת הממצא על טכנולוגיית הצרכן
היכולת ליצור ולתמרן במדויק את המוטות הקטנטנים בסדר גודל ננו ממלאת תפקיד גדול בפריצת הדרך של הצוות. קבלת אורך או ריווח של מוטות זעירים אלה אפילו מעט מכדי להשפיע על תפוקת הצבעים של התצוגה שהושלמה. אז קנה מידה של ייצור עד לייצור המוני של תצוגות מסוג זה עשוי גם להוות בעיה - לפחות בהתחלה. קישור מקווה בכל אופן, ומצביע על שתי טכנולוגיות ייצור קיימות שיכולות לשמש לבניית תצוגה מסוגים אלה - ליטוגרפיה UV שמשתמשת באנרגיה גבוהה כדי לייצר מבנים זעירים, וליטוגרפיה של ננו-טביעות המשתמשת בולים ולחץ (בדומה לאופן הספרות על לוחית הרישוי מובלטות, אך בסולם מיקרוסקופי).
"מלבד מציאת השיטה הנכונה כדי שנוכל לתכנן אזורים גדולים יותר", אומר לינק, "שאר תהליך הייצור הוא די פשוט."
קישור לא רצה לנחש מתי אנו עשויים לראות את הפיקסלים האלה בקנה מידה ננו המשמשים בתצוגה ומכשירים מסחריים. בשלב זה הוא וחבריו החוקרים עדיין מתמקדים בשכלול הטכנולוגיה לעבר מטרתם הסוואה דמוי דיונון. שיתוף פעולה עם יצרני תצוגה מסחריים יכול לסייע לצוות להתקרב למטרה זו, אך גם להוביל לסוגים חדשים של תצוגות למכשירים צרכניים.
יתכן שהקבוצה של לינק בריז צריכה להצטרף לחוקרים ב- MIT, שעובדים גם הם על שכפול התכונות של עור הצוואר. המדענים והמהנדסים שם הפגינו לאחרונה חומר שיכול לחקות לא רק צבע, אלא גם מרקם. זו תהיה תכונה חשובה למטרת הצבא להפוך את הרכבים לבלתי נראים. תצוגה גמישה יכולה, למשל, לגרום למכל להראות כמו סלעים או הריסות מרחוק. אבל אם הצדדים שלה עדיין חלקים ושטוחים, הוא עדיין יתבלט בבחינה מדוקדקת יותר.
