Een nieuwe studie verklaart de wetenschap achter concave interfaces op microschaal (MCI) - structuren die licht reflecteren om mooie en potentieel bruikbare optische fenomenen te produceren.

"Het is van vitaal belang om iemand uit te kunnen leggen hoe een technologie werkt voordat je het probeert te adopteren. Ons nieuwe artikel definieert hoe licht interageert met concave interfaces op microschaal, ", zegt Qiaoqiang Gan, technisch onderzoeker van de Universiteit van Buffalo, opmerkend dat toekomstige toepassingen van deze effecten onder meer kunnen bestaan ​​uit het helpen van autonome voertuigen bij het herkennen van verkeersborden.

Het onderzoek werd online gepubliceerd op 15 augustus in Toegepaste materialen vandaag , en staat in het septembernummer van het tijdschrift.

Gan, doctoraat, hoogleraar elektrotechniek aan de UB School of Engineering and Applied Sciences, leidde de gezamenlijke studie, die werd uitgevoerd door een team van UB, de Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie, Fudan-universiteit, Texas Tech University en Hubei University.

De eerste auteurs zijn Jacob Rada, UB Ph.D. student elektrotechniek, en Haifeng Hu, doctoraat, hoogleraar optisch-elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie.

Reflecties die concentrische lichtringen vormen

Het onderzoek richt zich op een retroreflecterend materiaal:een dunne film die bestaat uit polymeermicrosferen die op de plakkerige kant van een transparante tape zijn aangebracht. De microsferen zijn gedeeltelijk ingebed in tape, en de delen die uitsteken vormen MCI's.

Wit licht dat op deze film schijnt, wordt zo gereflecteerd dat het licht concentrische regenboogringen creëert, de nieuwe papieren rapporten. Afwisselend, het materiaal raken met een eenkleurige laser (rood, groen of blauw, in het geval van deze studie) genereert een patroon van heldere en donkere ringen. Reflecties van infraroodlasers produceerden ook onderscheidende signalen bestaande uit concentrische ringen.

Het onderzoek beschrijft deze effecten in detail, en doet verslag van experimenten waarbij de dunne film in een stopbord werd gebruikt. De patronen gevormd door het materiaal kwamen duidelijk naar voren op zowel een visuele camera die zichtbaar licht detecteert, en een LIDAR (laser imaging, detectie en bereik) camera die infraroodsignalen detecteert, zegt Rada, de co-eerste auteur van de UB.

"Momenteel, stuurautomaatsystemen staan ​​voor veel uitdagingen bij het herkennen van verkeersborden, vooral in reële omstandigheden, " zegt Gan. "Slimme verkeersborden gemaakt van ons materiaal zouden meer signalen kunnen leveren voor toekomstige systemen die LIDAR en zichtbare patroonherkenning samen gebruiken om belangrijke verkeersborden te identificeren. Dit kan nuttig zijn om de verkeersveiligheid voor zelfrijdende auto's te verbeteren."

"We hebben een nieuwe gecombineerde strategie gedemonstreerd om het LIDAR-signaal en de zichtbare patroonherkenning te verbeteren die momenteel worden uitgevoerd door zowel zichtbare als infraroodcamera's, " zegt Rada. "Ons werk toonde aan dat de MCI een ideaal doelwit is voor LIDAR-camera's, vanwege de constant sterke signalen die worden geproduceerd."

Een Amerikaans patentDownload pdf voor het retroreflecterende materiaal is uitgegeven, evenals een tegenhanger in China, met Fudan University en UB als octrooihouders. De technologie is beschikbaar voor licentieverlening.

Gan zegt dat toekomstige plannen het testen van de film omvatten met behulp van verschillende golflengten van licht, en verschillende materialen voor de microsferen, met als doel de prestaties te verbeteren voor mogelijke toepassingen zoals verkeersborden die zijn ontworpen voor toekomstige autonome systemen.