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Aug 13, 2023

柔軟なフィンと液滴によって制御されるディスプレイは、LED スクリーンより多用途かつ効率的です

カメレオンやタコのような動物の皮膚の変化にインスピレーションを得たエンジニア、イリノイ州シャンペーン発行 — 色を変え、情報を伝え、ベールに包まれた情報を送信することもできるフレキシブルディスプレイ

カメレオンやタコなどの動物の皮膚の変化にインスピレーションを得たエンジニア

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イリノイ州シャンペーン — イリノイ大学アーバナシャンペーン校の新しい研究のおかげで、色を変えたり、情報を伝えたり、赤外線を介してベールに包まれたメッセージを送信したりできるフレキシブルディスプレイが可能になりました。 カメレオンやタコなどの動物の皮膚の変形にヒントを得たエンジニアは、毛細管制御のロボットの羽ばたきひれを開発し、発光デバイスよりもエネルギー効率が 1,000 倍高い、光学式と赤外線式の切り替え可能なマルチピクセル ディスプレイを作成しました。

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校のエンジニアは、柔軟なフィン、さまざまな温度、さまざまな方向に配置して画像を作成できる液滴を使用する、新しい種類のディスプレイ画面を開発しました。 この制御は、花が開く様子をシミュレートするなど、複雑な動きを実現するのに十分な精度を備えています。 画像提供：Sameh Tawfick。

研究者 Sameh Tawfick の肖像Sameh Tawfick 画像提供：機械工学および科学

機械科学と工学の教授サメ・タウフィックが主導した新しい研究は、流体で満たされた小さなピクセルの体積と温度を制御することによって、曲げ可能なフィンと流体がどのようにして真っ直ぐか曲がったか、また高温と低温の間で同時に切り替わるのかを実証した。 ピクセル内の流体の体積を変えると、昔ながらのフリップ時計と同様に、フラップが反転する方向が変わります。温度を変えると、ピクセルが赤外線エネルギーを介して通信できるようになります。

研究結果は、Science Advances誌に掲載される。

弾性力と毛細管力の相互作用、つまり弾性毛細管現象に対するタウフィック氏の興味は大学院生として始まり、髪の湿潤に関する基礎科学にまで広がり、イリノイ大学でのソフト ロボット ディスプレイの研究につながりました。

「弾性毛細管現象の日常的な例は、シャワーを浴びたときに髪の毛に起こることです」とタウフィック氏は言う。 「私たちの髪は濡れると、毛細管力が作用してくっついて曲がったり、束になったりしますが、乾くと解放されます。」

研究チームは研究室で、サイズが数ミリメートルの小さな箱、つまりピクセルを作成しました。その中には柔軟なポリマーでできたフィンが含まれており、ピクセルに液体が満たされ、小型ポンプのシステムを使用して排出されるとフィンが曲がります。 タウフィック氏によると、ピクセルは単一または複数のフィンを持つことができ、情報を伝えるディスプレイを形成するアレイに配置されるという。

「私たちは立方体のピクセルボックスに限定されるわけでもありません」とタウフィック氏は言う。 「フィンをさまざまな向きに配置することで、曲面に沿ってもさまざまなイメージを作り出すことができます。 この制御は、花が開く様子をシミュレートするような複雑な動きを実現するのに十分な精度を持っています。」

研究報告によると、新しいディスプレイのもう1つの特徴は、人間の目で見える信号と赤外線カメラでのみ見える信号の2つの信号を同時に送信できることだという。

「OK」と「NO」という言葉の光信号と赤外線信号を同時に表示する概略図。 この図では、コールド ピクセルは青色で示され、ホット ピクセルはピンク色で示されます。 グラフィック提供：Sameh Tawfick。

「これらの個々の液滴の温度を制御できるため、赤外線デバイスを使用しないと表示できないメッセージを表示できます。あるいは、2 つの異なるメッセージを同時に送信することもできます。」と Tawfick 氏は述べています。

ただし、新しいディスプレイにはいくつかの制限があるとタウフィック氏は述べた。

新しいデバイスを構築しているときに、チームは、ピクセル流体を制御するために必要な小型ポンプが市販されていないこと、およびデバイス全体が重力の影響を受けやすいこと、つまり水平位置にある場合にのみ機能することを発見しました。

「ディスプレイを 90 度回転させると、パフォーマンスが大幅に低下します。これは、公共向けの看板やその他の標識などの用途に悪影響を及ぼします」と Tawfick 氏は述べています。 「良いニュースは、窓に雨滴が付いているのに落ちないのと同じように、液滴が十分に小さくなると、重力の影響を受けなくなることがわかっていることです。 5 倍小さい液滴を使用すれば、重力はもはや問題ではなくなることがわかりました。」