由柔性翅片和液滴控制的显示器比LED屏幕更通用更高效

得益于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的最新研究，可以改变颜色、传达信息甚至通过红外辐射发送隐藏信息的柔性显示器现在成为可能。工程师们受到变色龙和章鱼等动物皮肤变形的启发，开发出了毛细管控制的机器人拍动鳍，以创建可切换的光学和红外光多像素显示器，其能效比发光设备高1,000 倍。

由机械科学与工程学教授Sameh Tawfick领导的这项新研究展示了可弯曲翅片和流体如何通过控制充满流体的微小像素的体积和温度，同时在直或弯曲以及热和冷之间切换。改变像素内的流体体积可以改变襟翼翻转的方向——类似于老式的翻转时钟——并且改变温度可以让像素通过红外能量进行通信。

研究结果发表在《科学进展》杂志上。

陶菲克对弹性和毛细管力(或弹性毛细管作用)相互作用的兴趣始于研究生时期，涵盖了头发润湿的基础科学，并导致了他在伊利诺伊州对软机器人显示器的研究。

“弹性毛细现象的一个日常例子就是我们洗澡时头发上发生的情况，”陶菲克说。“当我们的头发弄湿时，它会粘在一起并弯曲或成束，因为毛细管力会施加并在干燥时释放。”

在实验室中，该团队创建了几毫米大小的小盒子或像素，其中包含由柔性聚合物制成的翅片，当像素充满液体并使用微型泵系统排出时，翅片会弯曲。陶菲克说，像素可以有单个或多个鳍片，并排列成阵列，形成显示器来传达信息。

“我们也不局限于立方像素框，”陶菲克说。“鳍片可以以不同的方向排列，以创建不同的图像，甚至沿着弯曲的表面。控制足够精确，可以实现复杂的动作，例如模拟花朵绽放。”

研究报告称，新型显示器的另一个特点是能够同时发送两个信号——一个可以用人眼看到，另一个只能用红外摄像机看到。

“因为我们可以控制这些单独液滴的温度，所以我们可以显示只能使用红外设备才能看到的消息，”陶菲克说，“或者我们可以同时发送两种不同的消息。”

然而，陶菲克说，新显示器有一些限制。

在构建新设备时，该团队发现控制像素流体所需的微型泵无法在商业上获得，并且整个设备对重力敏感 - 这意味着它只能在水平位置时工作。

“一旦我们将显示屏旋转 90 度，性能就会大大降低，这对广告牌和其他面向公众的标志等应用不利，”Tawfick 说。“好消息是，我们知道，当液滴变得足够小时，它们对重力就会变得不敏感，就像当你看到雨滴粘在窗户上但它不会落下一样。我们发现，如果我们使用小五倍的液滴，重力将不再是问题。”

该团队表示，由于重力对液滴影响背后的科学原理已广为人知，因此它将为他们下一步应用这项新兴技术提供焦点。

Tawfick 表示，他很高兴看到这项技术的发展方向，因为它为大型反射式显示器的巨大市场空间带来了新的想法。“我们开发了一种全新的显示器，它需要最少的能源，可扩展，甚至足够灵活，可以放置在曲面上。”

伊利诺伊州研究人员Jonghyun Ha、Yun Seong Kim、Chengzhang Li、Jonghyun Hwang、Sze Chai Leung和Ryan Siu也参与了这项研究。