Et scanningselektronmikroskopbillede viser den mikroskala konkave grænsefladestruktur, der blev undersøgt. Materialet består af mikrosfærer delvist indlejret i klæbende tape, danner mikroskala konkave grænseflader. Kredit:Jacob Rada
En ny undersøgelse forklarer videnskaben bag mikroskala konkave grænseflader (MCI) - strukturer, der reflekterer lys for at producere smukke og potentielt nyttige optiske fænomener.
"Det er vigtigt at være i stand til at forklare, hvordan en teknologi fungerer for nogen, før du forsøger at vedtage den. Vores nye papir definerer, hvordan lys interagerer med mikroskala konkave grænseflader, "siger University of Buffalo ingeniørforsker Qiaoqiang Gan, bemærker, at fremtidige anvendelser af disse effekter kan omfatte at hjælpe autonome køretøjer med at genkende trafikskilte.
Forskningen blev offentliggjort online den 15. august i Anvendt materiale i dag , og er omtalt i tidsskriftets septembernummer.
Gan, Ph.d., professor i elektroteknik på UB School of Engineering and Applied Sciences, ledet samarbejdsundersøgelsen, som blev ledet af et team fra UB, universitetet i Shanghai for videnskab og teknologi, Fudan Universitet, Texas Tech University og Hubei University.
De første forfattere er Jacob Rada, UB Ph.D. studerende i elektroteknik, og Haifeng Hu, Ph.d., professor i optisk-elektrisk og computerteknik ved University of Shanghai for Science and Technology.
Koncentriske regnbuer produceres, når hvidt lys reflekteres af mikroskala konkave grænseflader. Dette billede viser den eksperimentelle opsætning. Kredit:Jacob Rada
Refleksioner, der danner koncentriske ringe af lys
Undersøgelsen fokuserer på et retroreflekterende materiale - en tynd film, der består af polymermikrosfærer, der er lagt på den klæbrige side af et gennemsigtigt tape. Mikrosfærerne er delvist indlejret i tape, og de dele, der stikker ud af MCI'er.
Hvidt lys, der skinner på denne film, reflekteres på en måde, der får lyset til at skabe koncentriske regnbue ringe, de nye papirrapporter. Skiftevis, rammer materialet med en enkeltfarvet laser (rød, grøn eller blå, i tilfælde af denne undersøgelse) genererer et mønster af lyse og mørke ringe. Refleksioner fra infrarøde lasere frembragte også karakteristiske signaler bestående af koncentriske ringe.
Forskningen beskriver disse effekter i detaljer, og rapporterer om forsøg, der brugte den tynde film i et stopskilt. Mønstrene dannet af materialet viste sig tydeligt på både et visuelt kamera, der registrerer synligt lys, og en LIDAR (laserbilleddannelse, detektering og rækkevidde) kamera, der registrerer infrarøde signaler, siger Rada, den første forfatter fra UB.
Synlige (venstre) og infrarøde (højre) billeder af et skilt, der er oprettet ved hjælp af mikroskala konkave grænseflader til at danne ordet STOP og andre elementer. Det infrarøde billede blev taget ved hjælp af en LIDAR (laserbilleddannelse, detektering og rækkevidde) kamera. Kredit:Jacob Rada
"I øjeblikket, autopilotsystemer står over for mange udfordringer med at genkende trafikskilte, især under virkelige forhold, "Gan siger." Smarte trafikskilte fremstillet af vores materiale kunne give flere signaler til fremtidige systemer, der bruger LIDAR og synlig mønstergenkendelse sammen til at identificere vigtige trafikskilte. Dette kan være nyttigt for at forbedre trafiksikkerheden for autonome biler. "
"Vi demonstrerede en ny kombineret strategi for at forbedre LIDAR -signalet og synlig mønstergenkendelse, der i øjeblikket udføres af både synlige og infrarøde kameraer, "Rada siger." Vores arbejde viste, at MCI er et ideelt mål for LIDAR -kameraer, på grund af de konstant stærke signaler, der produceres. "
Der er udstedt et amerikansk patent Download pdf for det retroreflekterende materiale, samt en pendant i Kina, med Fudan University og UB som patenthavere. Teknologien er tilgængelig for licensudstedelse.
Koncentriske regnbuer produceres, når hvidt lys reflekteres af mikroskala konkave grænseflader. Dette billede viser den eksperimentelle opsætning. Kredit:Jacob Rada
Gan siger, at fremtidige planer inkluderer at teste filmen ved hjælp af forskellige bølgelængder af lys, og forskellige materialer til mikrosfærerne, med det mål at forbedre ydeevnen for mulige applikationer såsom trafikskilte designet til fremtidige autonome systemer.