Les biologistes et les chercheurs en nanotechnologie de la Rice University travaillent depuis des années sur un projet financé par la US Navy visant à créer un matériau capable de s’adapter visuellement à son environnement en temps réel. L’objectif est de permettre aux navires, aux véhicules et éventuellement aux soldats de devenir invisibles - ou quasi invisibles - tout comme certaines espèces de calmars et d’autres céphalopodes.
Avec la peau de calmar comme modèle, les scientifiques ont développé un écran flexible, haute résolution et basse consommation, capable de reproduire de manière réaliste son environnement. La nouvelle technologie d'affichage rend les pixels individuels (les minuscules points de couleur qui composent l'image sur votre téléviseur et votre smartphone) invisibles à l'œil humain. En utilisant des nanododes d’aluminium de longueurs et d’espacements précis, les chercheurs ont découvert qu’elles pouvaient créer des points éclatants de différentes couleurs 40 fois plus petites que les pixels présents dans les téléviseurs modernes.
Comment ça marche
Dans une étude récemment publiée dans la première édition des Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS), les auteurs illustrent comment ils ont utilisé une technique appelée dépôt par faisceau d'électrons pour créer des matrices de nanorodes et de pixels de cinq microns la taille d'une spore de plante ou de moisissure, produisant des couleurs vives sans l'utilisation de colorants, qui peuvent s'estomper avec le temps La couleur de chacun de ces minuscules pixels peut être réglée avec précision en faisant varier les distances entre les tiges dans les matrices ou les longueurs des tiges individuelles.
Les chercheurs ont créé un ensemble de pixels à l’échelle nanométrique pouvant être précisément réglés sur différentes couleurs (A). Chaque pixel est constitué d’un ensemble de minuscules barres d’aluminium (B) qui, selon leur longueur et leur disposition, produisent des couleurs différentes. (Actes de l'Académie des sciences des États-Unis d'Amérique) (Actes de l'Académie des sciences des États-Unis d'Amérique) La couleur du pixel est produite lorsque la lumière frappe les nanododes et se disperse à des longueurs d'onde spécifiques. En modifiant la disposition et la longueur des nanododes environnantes, l’équipe est en mesure de contrôler avec précision le retour de la lumière, de réduire le spectre de la lumière et, en fait, d’ajuster la lumière visible émise par chaque pixel. Les pixels créés par l'équipe sont également plasmoniques, ce qui signifie qu'ils deviennent plus brillants et plus faibles en fonction de la lumière environnante, un peu comme les couleurs du vitrail. Cela pourrait être utile pour créer des écrans de faible puissance dans les appareils grand public, ce qui devrait également être moins stressant pour les yeux.
Étant donné que la technologie repose principalement sur l'aluminium, qui est peu coûteux et facile à utiliser, ces types d'écrans ne devraient pas coûter trop cher ou être extrêmement difficiles à fabriquer.
Marge d'amélioration
Stephan Link, professeur agrégé de chimie à la Rice University et chercheur principal de l'étude PNAS, a déclaré que son équipe n'avait pas pour objectif de résoudre les problèmes fondamentaux liés à la technologie d'affichage existante, mais de rechercher des pixels plus petits pour une utilisation en mode portable, matériau de faible puissance, fin et sensible à la lumière ambiante.
"Maintenant que nous avons ces belles couleurs", explique-t-il dans un courrier électronique, "nous réfléchissons à toutes les manières dont nous pouvons les améliorer et à la manière dont nous pouvons travailler pour obtenir la peau de nano-calmar qui est l'objectif ultime de cette collaboration."
Selon Link, un moyen d’améliorer la technologie consisterait à collaborer avec des experts de l’industrie de l’affichage commercial. Bien que la technologie utilisée pour la fabrication des pixels soit très différente, l'équipe s'attend à ce que bon nombre des autres composants d'affichage, tels que les cristaux liquides qui déterminent le taux de rafraîchissement de l'affichage et le temps de réponse des pixels, restent identiques ou similaires à ceux utilisés aujourd'hui.
Pour créer un affichage flexible, les chercheurs peuvent essayer de construire les pixels comme des échelles, de sorte que le matériau sous-jacent puisse se plier, mais que les cristaux liquides et la nano-matrice en aluminium puissent rester plats. Mais pour en arriver à ce point, l'équipe peut avoir besoin d'aide.
«Cela semble assez drôle de le dire, mais un des principaux obstacles consiste à réduire la taille de la partie à cristaux liquides de nos écrans», écrit Link. «Vous voyez tout le temps de très petits écrans LCD dans la technologie, mais nous n'avons pas les machines industrielles sophistiquées capables de les produire avec une précision et une reproductibilité aussi élevées, c'est donc un obstacle majeur de notre part."
Un autre obstacle potentiel consiste à reproduire la vaste gamme de couleurs possible dans les écrans haut de gamme actuels. Bien que les chercheurs n'en soient pas encore là, Link semble confiant que leur technologie est à la hauteur de la tâche.
«Ce qui est bien avec la couleur, c'est qu'il y a deux façons de la fabriquer», déclare Link. «Par exemple, la couleur jaune: la longueur d'onde de la lumière qui semble jaune est de 570 nanomètres et nous pourrions créer un pixel qui présente un joli pic net à 570 nm et vous donnera le jaune de cette façon. Ou bien, nous pouvons faire du jaune en plaçant un pixel rouge et un pixel vert l'un à côté de l'autre, comme ce qui est fait dans les affichages RVB actuels. Pour un affichage actif, le mixage RVB est le moyen de le faire efficacement, mais pour les affichages permanents, nous avons les deux options. ”
Le mélange RVB présente des inconvénients visibles sur les écrans existants, car les pixels sont souvent visibles à l'œil nu. Mais avec cette technologie, il vous faudrait un microscope pour les voir et déterminer quelle méthode de création de couleur est utilisée.
Appliquer la découverte à la technologie grand public
La possibilité de créer et de manipuler avec précision les minuscules cannes à l'échelle nanométrique joue un rôle important dans la percée de l'équipe. Obtenir la longueur ou l'espacement de ces tiges minuscules, même légèrement écartées, affecterait la sortie couleur de l'affichage terminé. La mise à l'échelle de la fabrication de ce type d'écrans pourrait donc poser problème, du moins au début. Link espère cependant que deux technologies de fabrication existantes pourraient être utilisées pour construire ce type d’affichage: la lithographie UV, qui utilise une lumière à haute énergie pour produire des structures minuscules, et la lithographie par nanoimpression, qui utilise des tampons et des les chiffres d'une plaque d'immatriculation sont en relief, mais à l'échelle microscopique).
«Outre le fait de trouver la bonne méthode pour pouvoir structurer de plus grandes surfaces», déclare Link, «le reste du processus de fabrication est en réalité assez simple.»
Link ne voulait pas deviner quand nous pourrions voir ces pixels à l'échelle nanométrique utilisés dans les écrans et les appareils commerciaux. À ce stade, ses collègues et lui-même s’efforcent toujours d’affiner la technologie pour atteindre leur objectif de camouflage en forme de calmar. Une collaboration avec les fabricants d’écrans commerciaux pourrait aider l’équipe à se rapprocher de cet objectif tout en permettant également de créer de nouveaux types d’affichages pour les appareils grand public.
Peut-être que le groupe de Link chez Rice devrait faire équipe avec des chercheurs du MIT, qui s’efforcent également de reproduire les propriétés de la peau des céphalopodes. Les scientifiques et les ingénieurs ont récemment démontré un matériau capable d’imiter non seulement la couleur, mais également la texture. Cela constituera un élément important de l'objectif de l'armée consistant à rendre les véhicules invisibles. Un écran flexible pourrait, par exemple, faire ressembler un réservoir à des rochers ou à des gravats de loin. Mais si ses côtés sont toujours lisses et plats, il se démarquera toujours en regardant de plus près.
