Gracias a una nueva investigación de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, ahora son posibles las pantallas flexibles que pueden cambiar de color, transmitir información e incluso enviar mensajes velados a través de la radiación infrarroja. Los ingenieros inspirados en las pieles cambiantes de animales como camaleones y pulpos han desarrollado aletas robóticas de aleteo controladas por capilares para crear pantallas multipíxel de luz infrarroja y óptica conmutables que son 1000 veces más eficientes energéticamente que los dispositivos emisores de luz.

El nuevo estudio dirigido por el profesor de ciencia e ingeniería mecánica Sameh Tawfick demuestra cómo las aletas flexibles y los fluidos pueden cambiar simultáneamente entre rectos o doblados y calientes y fríos al controlar el volumen y la temperatura de pequeños píxeles llenos de fluidos. Variar el volumen de fluidos dentro de los píxeles puede cambiar las direcciones en las que giran las aletas, similar a los relojes antiguos, y variar la temperatura permite que los píxeles se comuniquen a través de energía infrarroja.

Los hallazgos del estudio se publican en la revista Science Advances.

El interés de Tawfick en la interacción de las fuerzas elásticas y capilares (o elastocapilaridad) comenzó como estudiante de posgrado, abarcó la ciencia básica de la humectación del cabello y lo llevó a su investigación en pantallas robóticas blandas en Illinois.

« Un ejemplo cotidiano de elasto-capilaridad es lo que le sucede a nuestro cabello cuando nos duchamos », dijo Tawfick. « Cuando nuestro cabello se moja, se pega y se dobla o se amontona a medida que se aplican fuerzas capilares y se liberan cuando se seca ».

En el laboratorio, el equipo creó pequeñas cajas, o píxeles, de unos pocos milímetros de tamaño, que contienen aletas hechas de un polímero flexible que se dobla cuando los píxeles se llenan de líquido y se drenan mediante un sistema de bombas diminutas. Los píxeles pueden tener aletas únicas o múltiples y están dispuestos en matrices que forman una pantalla para transmitir información, dijo Tawfick.

« Tampoco estamos limitados a cajas de píxeles cúbicos », dijo Tawfick. « Las aletas se pueden organizar en varias orientaciones para crear diferentes imágenes, incluso a lo largo de superficies curvas. El control es lo suficientemente preciso como para lograr movimientos complejos, como simular la apertura de una flor ».

El estudio informa que otra característica de las nuevas pantallas es la capacidad de enviar dos señales simultáneas, una que se puede ver con el ojo humano y otra que solo se puede ver con una cámara infrarroja.

« Debido a que podemos controlar la temperatura de estas gotas individuales, podemos mostrar mensajes que solo se pueden ver con un dispositivo infrarrojo », dijo Tawfick, « o podemos enviar dos mensajes diferentes al mismo tiempo ».

Sin embargo, existen algunas limitaciones para las nuevas pantallas, dijo Tawfick.

Mientras construía los nuevos dispositivos, el equipo descubrió que las pequeñas bombas necesarias para controlar los fluidos de los píxeles no estaban disponibles comercialmente y que todo el dispositivo es sensible a la gravedad, lo que significa que solo funciona en posición horizontal.

« Una vez que giramos la pantalla 90 grados, el rendimiento se degrada considerablemente, lo que es perjudicial para aplicaciones como vallas publicitarias y otros letreros destinados al público », dijo Tawfick. « La buena noticia es que sabemos que cuando las gotas de líquido se vuelven lo suficientemente pequeñas, se vuelven insensibles a la gravedad, como cuando ves una gota de lluvia adherida a tu ventana y no cae. Descubrimos que si usamos gotas de líquido que son cinco veces más pequeños, la gravedad ya no será un problema ».

El equipo dijo que debido a que la ciencia detrás del efecto de la gravedad en las gotas se comprende bien, proporcionará el punto focal para su próxima aplicación de la tecnología emergente.

Tawfick dijo que está muy emocionado de ver hacia dónde se dirige esta tecnología porque trae una idea nueva a un gran espacio de mercado de pantallas reflectantes grandes. « Hemos desarrollado una nueva generación de pantallas que requieren una energía mínima, son escalables e incluso lo suficientemente flexibles como para colocarlas en superficies curvas ».

Los investigadores de Illinois Jonghyun Ha, Yun Seong Kim, Chengzhang Li, Jonghyun Hwang, Sze Chai Leung y Ryan Siu también participaron en esta investigación.

La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Nacional de Ciencias apoyaron esta investigación.