ライス大学の生物学者およびナノテクノロジー研究者は、周囲にリアルタイムで視覚的に適応できる素材を作成するために、長年にわたって米国海軍の資金提供を受けたプロジェクトに取り組んできました。 目標は、ある種のイカや他の頭足類のように、船、乗り物、そして最終的には兵士を見えないようにするか、ほとんど見えないようにすることです。
科学者たちは、イカの皮をモデルとして、その環境を現実的に模倣できる柔軟で高解像度、低電力のディスプレイを開発しました。 新しいディスプレイ技術により、実際には個々のピクセル（テレビやスマートフォンの画像を構成する小さな色のドット）が人間の目に見えなくなります。 研究者たちは、正確な長さと間隔のアルミニウムナノロッドを使用して、今日のテレビで見られるピクセルの40倍小さいさまざまな色の鮮やかなドットを作成できることを発見しました。
使い方
国立科学アカデミー論文集（PNAS）の初期版で最近発表された研究で、著者は、電子ビーム蒸着と呼ばれる技術を使用してナノロッドと5ミクロン平方ピクセルの配列を作成した方法を示しています。植物やカビの胞子のサイズ-染料を使用せずに明るい色を生成し、時間の経過とともに色あせます。 これらの小さなピクセルのそれぞれの色は、アレイ内のロッド間の距離または個々のロッドの長さを変えることで微調整できます。
研究者は、さまざまな色に正確に調整できるナノスケールピクセルの配列を作成しました（A）。 各ピクセルは、長さと配列に応じて異なる色を生成する小さなアルミニウム棒の配列（B）で構成されています。 （アメリカ合衆国国立科学アカデミーの議事録）（アメリカ合衆国国立科学アカデミーの議事録） 光がナノロッドに当たり、特定の波長で散乱すると、ピクセルの色が生成されます。 周囲のナノロッドの配置と長さを変えることにより、チームは光がどのように跳ね返るかを正確に制御し、光のスペクトルを狭め、実際に各ピクセルが発する可視光を調整することができます。 チームが作成したピクセルもプラズモニックです。つまり、ステンドグラスの色のように、周囲の光に応じて明るく暗くなります。 これは、消費者向けデバイスで低消費電力のディスプレイを作成するのに役立ちます。また、目に負担がかからないはずです。
この技術は、主に安価で扱いやすいアルミニウムに依存しているため、これらのタイプのディスプレイは、法外に高価であったり、製造が非常に難しいものであってはなりません。
改善の余地
ライス大学の化学の准教授であり、PNASの研究の主任研究者であるStephan Linkは、チームは既存のディスプレイテクノロジーの根本的な問題を解決するために着手しなかったが、ウェアラブルで使用するためにより小さいピクセルに向かって努力したと言います薄く、周囲の光に反応する低電力材料。
「今、これらの素敵な色ができました」と彼はメールで言います、「私たちはそれらを改善するすべての方法と、このコラボレーションの究極の目標であるnano squidスキンにどのように取り組むことができるか考えています。」
リンクによると、この技術を改善する1つの方法は、商用ディスプレイ業界の専門家と提携することです。 ピクセルを作成するための技術は非常に異なりますが、チームは、ディスプレイのリフレッシュレートとピクセル応答時間を決定する液晶など、他の多くのディスプレイコンポーネントが現在使用されているものと同じまたは類似することを期待しています。
柔軟なディスプレイを作成するために、研究者はスケールのようなピクセルを構築して、下にある材料を曲げることができますが、液晶とアルミニウムのナノアレイは平らに保つことができます。 しかし、その点に到達するには、チームが助けを必要とする場合があります。
「それを言うのはちょっとおかしいようですが、ディスプレイの液晶部分のサイズを小さくすることが大きなハードルです」とリンクは書いています。 「技術では常に非常に小さなLCD画面が表示されますが、このような高精度と再現性を備えた高性能の産業用機械はないため、それは私たちにとって大きなハードルです。」
別の潜在的なハードルは、今日のハイエンドディスプレイで可能な膨大な色の配列を複製することです。 研究者たちはまだそこにはいませんが、リンクは彼らの技術が仕事に任されていると確信しているようです。
「色の素晴らしいところは、色を作る方法が2つあることです」とリンクは言います。 「たとえば、黄色の色：黄色に見える光の波長は570ナノメートルであり、570 nmにシャープなピークを持つピクセルを作成し、そのようにして黄色にすることができます。 または、現在のRGBディスプレイで行われているように、赤ピクセルと緑ピクセルを並べて黄色にすることもできます。 アクティブなディスプレイの場合、RGBミキシングは効率的な方法ですが、永続的なディスプレイの場合、両方のオプションがあります。」
RGBミキシングは、ピクセルが肉眼で見えることが多いため、既存のディスプレイでは目に見える欠点があります。 しかし、この技術では、それらを確認し、使用されているカラー作成方法を識別するために顕微鏡が必要になります。
調査結果をコンシューマーテクノロジーに適用する
小さなナノスケールのロッドを正確に作成して操作する能力は、チームのブレークスルーに大きな役割を果たします。 これらの小さなロッドの長さや間隔をわずかにずらすと、完成したディスプレイのカラー出力に影響します。 そのため、これらのタイプのディスプレイを量産するために製造を拡大することも、少なくとも最初は問題になる可能性があります。 しかし、リンクは、これらの種類のディスプレイの構築に使用できる2つの既存の製造技術を示しています。高エネルギー光を使用して小さな構造を生成するUVリソグラフィと、スタンプと圧力を使用するナノインプリントリソグラフィ（ナンバープレートの数字はエンボス加工されていますが、顕微鏡スケールです）。
「より広いエリアをパターン化できるように適切な方法を見つけること以外に、製造プロセスの残りの部分は実際には非常に簡単です」とリンク氏は言います。
リンクは、これらのナノスケールピクセルが商用ディスプレイやデバイスで使用されるのをいつ見るかを推測したくありませんでした。 この時点で、彼と彼の仲間の研究者は、イカのようなカモフラージュの目標に向けて技術を改良することにまだ集中しています。 商用ディスプレイメーカーとのコラボレーションは、消費者向けデバイスの新しい種類のディスプレイにつながる一方で、チームがその目標に近づくのに役立ちます。
おそらく、ライスのリンクのグループは、頭足類の皮膚の特性の複製にも取り組んでいるMITの研究者とチームを組むべきです。 そこの科学者とエンジニアは最近、色だけでなく質感も模倣できる素材を実証しました。 これは、車両を見えなくするという軍の目標にとって重要な機能です。 たとえば、柔軟なディスプレイは、タンクを遠くから岩や瓦のように見せることができます。 しかし、その側面がまだ滑らかで平坦であれば、綿密な検査で際立っています。
