Écrans contrôlés par des ailettes flexibles et des gouttelettes de liquide plus polyvalents et efficaces que les écrans LED


Des écrans flexibles qui peuvent changer de couleur, transmettre des informations et même envoyer des messages voilés via un rayonnement infrarouge sont désormais possibles, grâce à une nouvelle recherche de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Des ingénieurs inspirés par les peaux changeantes d’animaux comme les caméléons et les pieuvres ont mis au point des ailettes robotisées à commande capillaire pour créer des écrans multipixels à lumière optique et infrarouge commutables qui sont 1 000 fois plus économes en énergie que les appareils électroluminescents.

La nouvelle étude dirigée par le professeur de sciences mécaniques et d’ingénierie Sameh Tawfick démontre comment les ailettes et les fluides pliables peuvent basculer simultanément entre droite ou courbée et chaud et froid en contrôlant le volume et la température de minuscules pixels remplis de fluide. La variation du volume de fluides dans les pixels peut modifier les directions dans lesquelles les volets basculent – comme les horloges à bascule à l’ancienne – et la variation de la température permet aux pixels de communiquer via l’énergie infrarouge.

Les résultats de l’étude sont publiés dans la revue Les avancées scientifiques.

L’intérêt de Tawfick pour l’interaction des forces élastiques et capillaires – ou élasto-capillarité – a commencé en tant qu’étudiant diplômé, a couvert la science fondamentale du mouillage des cheveux et a conduit à ses recherches sur les écrans robotiques mous à l’Illinois.

« Un exemple quotidien d’élasto-capillarité est ce qui arrive à nos cheveux lorsque nous prenons une douche », a déclaré Tawfick. « Lorsque nos cheveux sont mouillés, ils se collent et se plient ou se regroupent lorsque des forces capillaires sont appliquées et libérées lorsqu’ils sèchent. »

En laboratoire, l’équipe a créé de petites boîtes, ou pixels, de quelques millimètres de taille, qui contiennent des ailettes faites d’un polymère flexible qui se plient lorsque les pixels sont remplis de liquide et drainés à l’aide d’un système de minuscules pompes. Les pixels peuvent avoir une ou plusieurs ailettes et sont disposés en matrices qui forment un affichage pour transmettre des informations, a déclaré Tawfick.

« Nous ne sommes pas non plus limités aux boîtes de pixels cubiques », a déclaré Tawfick. « Les ailettes peuvent être disposées dans différentes orientations pour créer différentes images, même le long de surfaces courbes. Le contrôle est suffisamment précis pour réaliser des mouvements complexes, comme simuler l’ouverture d’une fleur. »

L’étude rapporte qu’une autre caractéristique des nouveaux écrans est la capacité d’envoyer deux signaux simultanés – un qui peut être vu avec l’œil humain et un autre qui ne peut être vu qu’avec une caméra infrarouge.

« Parce que nous pouvons contrôler la température de ces gouttelettes individuelles, nous pouvons afficher des messages qui ne peuvent être vus qu’à l’aide d’un appareil infrarouge », a déclaré Tawfick, « ou nous pouvons envoyer deux messages différents en même temps. »

Cependant, il y a quelques limites aux nouveaux écrans, a déclaré Tawfick.

Lors de la construction des nouveaux appareils, l’équipe a découvert que les minuscules pompes nécessaires pour contrôler les fluides des pixels n’étaient pas disponibles dans le commerce et que l’ensemble de l’appareil est sensible à la gravité, ce qui signifie qu’il ne fonctionne qu’en position horizontale.

« Une fois que nous avons tourné l’écran de 90 degrés, les performances sont fortement dégradées, ce qui est préjudiciable aux applications telles que les panneaux d’affichage et autres panneaux destinés au public », a déclaré Tawfick. « La bonne nouvelle est que nous savons que lorsque les gouttelettes de liquide deviennent suffisamment petites, elles deviennent insensibles à la gravité, comme lorsque vous voyez une goutte de pluie coller sur votre fenêtre et qu’elle ne tombe pas. Nous avons constaté que si nous utilisons des gouttelettes de liquide qui sont cinq fois plus petits, la gravité ne sera plus un problème. »

L’équipe a déclaré que parce que la science derrière l’effet de la gravité sur les gouttelettes est bien comprise, elle fournira le point focal pour leur prochaine application de la technologie émergente.

Tawfick a déclaré qu’il était très enthousiaste à l’idée de voir où cette technologie se dirigeait, car elle apporte une nouvelle idée à un grand marché de grands écrans réfléchissants. « Nous avons développé une toute nouvelle génération d’écrans qui nécessitent un minimum d’énergie, sont évolutifs et même suffisamment flexibles pour être placés sur des surfaces courbes. »

Les chercheurs de l’Illinois Jonghyun Ha, Yun Seong Kim, Chengzhang Li, Jonghyun Hwang, Sze Chai Leung et Ryan Siu ont également participé à cette recherche.

L’Airforce Office of Scientific Research et la National Science Foundation ont soutenu cette recherche.

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