En nøgle til robotternes fremtid kunne være at gemme sig i flydende krystaller
Fremtidens robotter og kameraer kunne være lavet af flydende krystaller takket være en ny opdagelse, der markant udvider potentialet for de kemikalier, der allerede er almindelige i computerskærme og digitale ure.
Resultaterne, en enkel og billig måde at manipulere flydende krystallers molekylære egenskaber med lyseksponering, er nu offentliggjort i Advanced Materials .
"Ved at bruge vores metode kan ethvert laboratorium med et mikroskop og et sæt linser arrangere den flydende krystaljustering i ethvert mønster, de ønsker," sagde forfatteren Alvin Modin, en doktorgradsforsker, der studerer fysik ved Johns Hopkins. "Industrielle laboratorier og producenter kunne sandsynligvis tage metoden i brug på en dag."
Flydende krystalmolekyler flyder som en væske, men de har en fælles orientering som i faste stoffer, og denne orientering kan ændre sig som reaktion på stimuli. De er nyttige i LCD-skærme, biomedicinske billedbehandlingsinstrumenter og andre enheder, der kræver præcis kontrol af lys og subtile bevægelser. Men at kontrollere deres justering i tre dimensioner kræver dyre og komplicerede teknikker, sagde Modin.
Holdet, som omfatter Johns Hopkins fysikprofessor Robert Leheny og assisterende forskningsprofessor Francesca Serra, opdagede, at de kunne manipulere den tredimensionelle orientering af flydende krystaller ved at kontrollere lyseksponeringer af et lysfølsomt materiale aflejret på glas.
De skinnede polariseret og upolariseret lys på de flydende krystaller gennem et mikroskop. I polariseret lys oscillerer lysbølger i bestemte retninger snarere end tilfældigt i alle retninger, som de ville i upolariseret lys. Holdet brugte metoden til at skabe en mikroskopisk linse af flydende krystaller, der er i stand til at fokusere lys afhængigt af polariseringen af lys, der skinner igennem det.
Først udstrålede holdet polariseret lys for at justere de flydende krystaller på en overflade. Derefter brugte de almindeligt lys til at omorientere de flydende krystaller opad fra det plan. Dette gjorde det muligt for dem at kontrollere orienteringen af to typer almindelige flydende krystaller og skabe mønstre med træk på størrelse med nogle få mikrometer, en brøkdel af tykkelsen af et menneskehår.
Resultaterne kan føre til skabelsen af programmerbare værktøjer, der skifter form som reaktion på stimuli, som dem, der er nødvendige i bløde, gummilignende robotter til at håndtere komplekse objekter og miljøer eller kameralinser, der automatisk fokuserer afhængigt af lysforholdene, sagde Serra, som også er en medarbejder. professor ved Syddansk Universitet.
"Hvis jeg ville lave en vilkårlig tredimensionel form, som en arm eller en griber, ville jeg være nødt til at justere de flydende krystaller, så når det er udsat for en stimulus, omstruktureres dette materiale spontant til disse former," sagde Serra. "Den manglende information indtil nu var, hvordan man kontrollerer denne tredimensionelle akse for justeringen af flydende krystaller, men nu har vi en måde at gøre det muligt på."
Forskerne arbejder på at opnå patent på deres opdagelse og planlægger at teste den yderligere med forskellige typer flydende krystalmolekyler og størknede polymerer lavet af disse molekyler.
"Visse typer strukturer kunne ikke forsøges før, fordi vi ikke havde den rigtige kontrol over den tredimensionelle justering af de flydende krystaller," sagde Serra. "Men nu gør vi det, så det er bare begrænset af ens fantasi at finde en smart struktur at bygge med denne metode ved at bruge en tredimensionel varierende justering af flydende krystaller."
Flere oplysninger: Alvin Modin et al., Spatial Photo-Patterning of Nematic Liquid Crystal Pretilt og dens anvendelse ved fremstilling af flade gradient-indekslinser, Avancerede materialer (2024). DOI:10.1002/adma.202310083
Journaloplysninger: Avanceret materiale
Leveret af Johns Hopkins University
Varme artikler
-
Kan fysikkens love løse trafikpropper op, aktiemarkeder, og andre komplekse systemer?I 1998 lancerede den tidligere teknikkonsulent Hank Eskin en kampagne for at spore dollarsedler. Gennem Hvor er George? initiativ, dollars blev stemplet med meddelelser om valutasporingsprojektet, og -
Fysikere opdager mekanisme bag granulær kapillær effektNår et smalt rør dyppes i granuleret materiale og vibreres lodret, det granulære materiale stiger inde i røret for at nå et terminal lodret niveau. Kredit:Fengxian Fan, Eric Parteli, Thorsten Pöschel -
Fysikere satte ny rekord med 10-qubit sammenfiltringKredsløb med falsk farve, der viser 10 superledende qubits (stjerneformer) forbundet med en central busresonator B (grå). Kredit:Song et al. © 2017 American Physical Society (Phys.org) - Fysikere -
Fermilab -forskere leder søgen efter at finde undvigende fjerde slags neutrinoNærbillede af overfladen af en af neutrinodetektorens forsamlinger, hvor tusindvis af ledninger med en afstand på 3 millimeter fra hinanden registrerer de signaler, der er skabt af neutrinoer, der
- Hvordan tilskynder man lejlighedsvis vælgere til at afgive en stemme
- Hvad hvis neandertalerne stadig var i live?
- Højopløsningsundersøgelse af Californiens kystklipperosion
- Hvordan fungerer en iltbeholder på et fly? Hvordan kan varme generere ilt?
- Frekvenskonvertering af lys i en lille skala via guld nanostruktur indeholdende minimale huller
- Rumagentur:Menneskelig urin kunne hjælpe med at lave beton på månen