Los biólogos e investigadores en nanotecnología de la Universidad de Rice han estado trabajando durante años en un proyecto financiado por la Marina de los EE. UU. Para crear un material que pueda adaptarse visualmente a su entorno en tiempo real. El objetivo es permitir que los barcos, vehículos y eventualmente soldados se vuelvan invisibles, o casi invisibles, al igual que algunas especies de calamares y otros cefalópodos.
Con la piel de calamar como modelo, los científicos desarrollaron una pantalla flexible, de alta resolución y baja potencia que podría imitar de manera realista su entorno. La nueva tecnología de visualización en realidad hace que los píxeles individuales (los pequeños puntos de colores que componen la imagen en su televisor y teléfono inteligente) sean invisibles para el ojo humano. Utilizando nanorods de aluminio de longitudes y espacios precisos, los investigadores descubrieron que podían crear puntos vivos de varios colores que son 40 veces más pequeños que los píxeles que se encuentran en los televisores de hoy.
Cómo funciona
En un estudio publicado recientemente en la primera edición de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), los autores ilustran cómo utilizaron una técnica llamada deposición de haz de electrones para crear conjuntos de nanorods y píxeles de cinco micrones cuadrados, aproximadamente el tamaño de una planta o espora de moho, que produce colores brillantes sin el uso de tintes, que pueden desvanecerse con el tiempo. El color de cada uno de estos pequeños píxeles puede ajustarse finamente variando las distancias entre las barras en las matrices o las longitudes de las barras individuales.
Los investigadores crearon una matriz de píxeles a nanoescala que se pueden ajustar con precisión a varios colores (A). Cada píxel está formado por una serie de pequeñas barras de aluminio (B) que, dependiendo de su longitud y disposición, producen diferentes colores. (Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América) (Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América) El color del píxel se produce cuando la luz golpea los nanorods y se dispersa a longitudes de onda específicas. Al variar la disposición y la longitud de los nanorods circundantes, el equipo puede controlar con precisión cómo la luz rebota, reduciendo el espectro de luz y, en efecto, ajustando la luz visible que emite cada píxel. Los píxeles que creó el equipo también son plasmónicos, lo que significa que se vuelven más brillantes y tenues dependiendo de la luz circundante, al igual que los colores en las vidrieras. Esto podría ser útil para crear pantallas de menor potencia en dispositivos de consumo, lo que también debería ser menos estresante para los ojos.
Debido a que la tecnología se basa principalmente en el aluminio, que es económico y fácil de trabajar, este tipo de pantallas no deberían ser excesivamente caras o extremadamente difíciles de fabricar.
Margen de mejora
Stephan Link, profesor asociado de química en la Universidad de Rice y el investigador principal del estudio PNAS, dice que el equipo no se propuso resolver ningún problema fundamental con la tecnología de visualización existente, sino trabajar hacia píxeles más pequeños para usar en un dispositivo portátil, material de baja potencia que es delgado y responde a la luz ambiental.
"Ahora que tenemos estos bonitos colores", dice en un correo electrónico, "estamos pensando en todas las formas en que podemos mejorarlos, y cómo podemos trabajar hacia la piel de nano calamar que es el objetivo final de esta colaboración".
Según Link, una forma de mejorar la tecnología sería asociarse con expertos en la industria de pantallas comerciales. Si bien la tecnología para hacer los píxeles es muy diferente, el equipo espera que muchos de los otros componentes de la pantalla, como los cristales líquidos que determinan la frecuencia de actualización de la pantalla y el tiempo de respuesta de los píxeles, sigan siendo los mismos o similares a los utilizados en la actualidad.
Para hacer una visualización flexible, los investigadores pueden intentar construir los píxeles como escalas, de modo que el material subyacente pueda doblarse, pero los cristales líquidos y la nano-matriz de aluminio pueden permanecer planos. Pero para llegar a ese punto, el equipo puede necesitar ayuda.
"Parece divertido decirlo, pero un obstáculo importante es reducir el tamaño de la parte de cristal líquido de nuestras pantallas", escribe Link. "Se ven pantallas LCD muy pequeñas todo el tiempo en tecnología, pero no tenemos las elegantes máquinas industriales capaces de fabricarlas con tanta precisión y reproducibilidad, por lo que es un gran obstáculo de nuestra parte".
Otro obstáculo potencial es replicar la amplia gama de colores posibles en las pantallas de alta gama de hoy. Si bien los investigadores aún no están allí, Link parece estar seguro de que su tecnología está a la altura.
"Lo mejor del color es que hay dos formas de hacerlo", dice Link. “Por ejemplo, el color amarillo: la longitud de onda de la luz que se ve amarilla es de 570 nanómetros, y podríamos hacer un píxel que tenga un bonito pico nítido a 570 nm y darle amarillo de esa manera. O bien, podemos hacer el amarillo colocando un píxel rojo y un píxel verde uno al lado del otro, como se hace en las pantallas RGB actuales. Para una pantalla activa, la mezcla RGB es la forma de hacerlo de manera eficiente, pero para pantallas permanentes, tenemos ambas opciones ".
La mezcla RGB tiene inconvenientes visibles en las pantallas existentes, porque los píxeles a menudo son visibles a simple vista. Pero con esta tecnología, necesitaría un microscopio para verlos y discernir qué método de creación de color se está utilizando.
Aplicando el hallazgo a la tecnología del consumidor
La capacidad de crear y manipular con precisión las pequeñas barras de nanoescala juega un papel importante en el avance del equipo. Obtener la longitud o el espaciado de estas pequeñas barras, incluso ligeramente, afectaría la salida de color de la pantalla completa. Por lo tanto, escalar la fabricación para producir en masa este tipo de pantallas también podría plantear un problema, al menos al principio. Sin embargo, Link tiene esperanzas, apuntando a dos tecnologías de fabricación existentes que podrían usarse para construir este tipo de pantallas: la litografía UV, que usa luz de alta energía para producir estructuras pequeñas, y la litografía de nanoimpresión, que usa sellos y presión (muy similar a la forma los dígitos en una placa de matrícula están en relieve, pero a escala microscópica).
"Además de encontrar el método correcto para que podamos modelar áreas más grandes", dice Link, "el resto del proceso de fabricación es bastante sencillo".
Link no quiso adivinar cuándo podríamos ver estos píxeles a nanoescala utilizados en pantallas y dispositivos comerciales. En este punto, él y sus colegas investigadores aún están enfocados en refinar la tecnología hacia su objetivo de camuflaje similar a los calamares. Sin embargo, una colaboración con los fabricantes de pantallas comerciales podría ayudar al equipo a acercarse a ese objetivo, al tiempo que conduce a nuevos tipos de pantallas para dispositivos de consumo.
Quizás el grupo de Link en Rice debería asociarse con investigadores del MIT, que también están trabajando en replicar las propiedades de la piel de cefalópodos. Los científicos e ingenieros demostraron recientemente un material que puede imitar no solo el color, sino también la textura. Esta será una característica importante para el objetivo militar de hacer invisibles los vehículos. Una pantalla flexible podría, por ejemplo, hacer que un tanque parezca rocas o escombros desde lejos. Pero si sus lados aún son lisos y planos, aún se destacará en una inspección más cercana.
