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Displays flexíveis que podem mudar de cor, transmitir informações e até enviar mensagens veladas via radiação infravermelha agora são possíveis, graças a uma nova pesquisa da Universidade de Illinois Urbana-Champaign. Engenheiros inspirados nas peles metafóricas de animais como camaleões e polvos desenvolveram barbatanas robóticas controladas por capilares para criar telas multipixel de luz óptica e infravermelha selecionáveis que são 1.000 vezes mais eficientes em termos de energia do que os dispositivos emissores de luz.
O novo estudo liderado pelo professor de ciência mecânica e engenharia Sameh Tawfick demonstra como as aletas e fluidos dobráveis podem alternar simultaneamente entre reto ou dobrado e quente e frio, controlando o volume e a temperatura de minúsculos pixels cheios de fluido. Variar o volume de fluidos dentro dos pixels pode mudar as direções nas quais 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 Avanços da Ciência.
O interesse de Tawfick na interação das forças elásticas e capilares – ou elasto-capilaridade – começou como um estudante de pós-graduação, abrangeu a ciência básica de molhar o cabelo e levou à sua pesquisa em exibições robóticas suaves em Illinois.
“Um exemplo cotidiano de elastocapilaridade é o que acontece com nosso cabelo quando entramos no chuveiro”, 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 aletas podem ser organizadas 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 a abertura de uma flor.”
O estudo relata que outra característica dos novos monitores é a capacidade de enviar dois sinais simultâneos – um que pode ser visto pelo olho humano e outro que só pode ser visto com uma câmera infravermelha.
“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 de pixel não estavam disponíveis comercialmente, e 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 é muito prejudicado, 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 gotículas de líquido se tornam pequenas o suficiente, elas se tornam insensíveis à gravidade, como quando você vê uma gota de chuva grudada na janela e ela não cai. Descobrimos que, se usarmos gotículas de fluido que são cinco vezes menores, a gravidade não será mais um problema.”
A equipe disse que, como a ciência por trás do efeito da gravidade nas gotículas é bem compreendida, ela fornecerá o ponto focal para a próxima aplicação da tecnologia emergente.
Tawfick disse que está muito animado para ver para onde essa tecnologia está indo, porque ela traz uma nova ideia para um grande espaço de mercado de grandes telas reflexivas. “Desenvolvemos toda uma nova geração de monitores que requerem energia mínima, são escaláveis e até flexíveis o suficiente para serem colocados em superfícies curvas.”
Os pesquisadores de Illinois Jonghyun Ha, Yun Seong Kim, Chengzhang Li, Jonghyun Hwang, Sze Chai Leung e Ryan Siu também participaram desta pesquisa.
O Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e a Fundação Nacional de Ciência apoiaram esta pesquisa.
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