Kunstmatige spieren kunnen mogelijk meer levensechte kleuren weergeven

Kunstmatige spieren kunnen mogelijk meer levensechte kleuren weergeven

Anonim

Wetenschappers hebben een nieuwe technologie onthuld die kan leiden tot videodisplays die getrouw een vollediger scala aan kleuren reproduceren dan de huidige modellen, waardoor een zo levensechte kijkervaring wordt geboden dat het moeilijk kan zijn om terug te gaan naar je oude tv. De uitvinding, gebaseerd op het fijnafstemmen van licht met behulp van microscopische kunstmatige spieren, zou in acht jaar kunnen veranderen in concurrerend geprijsde consumentenproducten, zeggen de wetenschappers.

Het onderzoek verschijnt online in Optics Letters , een tijdschrift van de Optical Society of America, en zal ook worden gepubliceerd in het septembernummer van het tijdschrift.

In gewone schermen zoals tv-buizen, flatscreen-lcd's of plasmaschermen bestaat elke pixel uit drie lichtgevende elementen, één voor elk van de fundamentele kleuren rood, groen en blauw. Tinten oranje en geel worden bijvoorbeeld weergegeven door verschillende hoeveelheden rood en groen te mengen. Tenzij u goed kijkt, zijn de kleurelementen in een pixel niet te onderscheiden: het oog ziet een enkele, samengestelde kleur.

De fundamentele kleuren in elke pixel zijn vast en alleen hun hoeveelheden kunnen veranderen - door de helderheid van de kleurelementen aan te passen - om verschillende samengestelde kleuren te creëren. Op die manier kunnen bestaande schermen de meest zichtbare kleuren reproduceren - maar niet alle. Huidige weergaven reproduceren bijvoorbeeld niet getrouw de tinten van blauw die men in de lucht of in de zee kan zien.

"Geavanceerde displays zoals LCD-schermen kunnen slechts een beperkt aantal kleuren reproduceren, omdat de drie mengkleuren rood, groen en blauw worden bepaald tijdens de productie", zegt Manuel Aschwanden, een expert op het gebied van nanotechnologie bij de Zwitserse Federaal Instituut voor Technologie (Eidgenössische Technische Hochschule, of ETH) in Zürich, Zwitserland. Aschwanden en zijn collega Andreas Stemmer dachten dat je dergelijke beperkingen kunt overwinnen door de fundamentele kleuren zelf te veranderen, niet alleen hun helderheid. Om verschillende kleuren te verkrijgen, gebruikten ze een optische truc genaamd diffractie.

In hun opstelling raakt wit licht een zogenaamd diffractierooster, een patroon van gelijkmatig verdeelde groeven op een oppervlak. Hun rooster is een rubberachtig, een tiende van een millimeter breed membraan, met één zijde gevormd in een vorm die lijkt op microscopisch geplooide vensterruiten. Het membraan bestaat uit een "kunstmatige spier", een polymeer dat samentrekt wanneer spanning wordt aangelegd.

Wit licht bevat het volledige spectrum van kleuren van de regenboog, die overeenkomen met alle golflengten van licht. Maar wanneer wit licht een diffractierooster raakt, waaieren verschillende golflengten uit onder verschillende hoeken.

"Het is alsof je een CD in direct zonlicht vasthoudt en hem draait, " zei Aschwanden. Net als de microscopische sporen op een CD-oppervlak, splitsen de groeven op de kunstmatige spier wit licht in een regenboog van kleuren. Maar in plaats van het oppervlak te roteren om verschillende kleuren te verkrijgen, past het ETH-team de hoek van het licht aan door verschillende spanningen op de kunstmatige spier toe te passen. Terwijl het membraan uitrekt of ontspant, "ziet" het binnenkomende licht de groeven dichter of dichter op afstand. Alle hoeken van reflectie veranderen, dus de hele waaier van golflengtes draait als een geheel. De gewenste kleur kan vervolgens worden geïsoleerd door het licht door een gat te leiden: terwijl het gat gefixeerd blijft, zullen verschillende delen van het spectrum het raken en erdoorheen gaan.

Om samengestelde kleuren te verkrijgen, zou elke pixel twee of meer diffractieroosters gebruiken. Met deze methode kan een display de volledige reeks kleuren produceren die het menselijk oog kan waarnemen, zei Aschwanden.

Afstelbare diffractieroosters worden routinematig gebruikt in toepassingen zoals glasvezel telecommunicatie en videoprojectoren, maar bestaande technologieën zijn gebaseerd op harde materialen in plaats van kunstmatige spieren, waardoor hun rekbaarheid wordt beperkt tot minder dan een procentpunt. Kunstmatige spieren kunnen daarentegen hun lengte met grote hoeveelheden veranderen. Dienovereenkomstig zal de waaier van gereflecteerd licht voldoende bewegen om het deel van de straal dat door een gat gaat van het ene uiteinde van het spectrum naar het andere te veranderen.

Om een ​​volledig scala aan kleuren te krijgen, is om te beginnen een bron van "echt" wit licht vereist - in plaats van een loutere combinatie van rood, groen en blauw die voor het menselijk oog op wit licht lijkt. Voor dat doel kan de technologie gebruikmaken van een nieuwe generatie witte LED-lampen die recent zijn ontwikkeld, zei Aschwanden.

Hoewel Aschwanden en Stemmer tot nu toe slechts een proof of concept hebben, toont het de haalbaarheid van de technologie aan, zei Aschwanden. Met voldoende investeringen zou het consumentenproducten kunnen worden, misschien in minder dan acht jaar, zei hij. "Als je eenmaal een pixel hebt, duurt het niet te lang om een ​​nieuw product te ontwikkelen."

Het team verbetert nu de technologie om deze dichter bij industriële toepassingen te brengen. In het bijzonder werkten de kunstmatige spieren beschreven in het Optics Letters-papier op enkele duizenden volt, terwijl in een consumentenproduct dat dichter bij de 120 volt van huishoudelijk AC zou moeten komen. Sinds het papier werd geaccepteerd, heeft het team de spanning al verlaagd tot 300 volt, en nieuwe materialen die momenteel worden ontwikkeld, kunnen de spanning verder laten dalen, zei Aschwanden.

Papier: "Polymeer, elektrisch instelbaar diffractierooster op basis van kunstmatige spieren", Manuel Aschwanden en Andreas Stemmer, Optics Letters , Vol. 31, nummer 17, pp. 2610-2612. Samenvatting op ol.osa.org/abstract.cfm?id=96931

Bron: Optical Society of America