Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Een sleutel tot de toekomst van robots zou zich kunnen verstoppen in vloeibare kristallen

Alvin Modin met vloeibare kristalapparaten in het laboratorium van de Krieger School of Arts and Sciences. Krediet:Will Kirk/Johns Hopkins Universiteit.

Robots en camera's van de toekomst zouden van vloeibare kristallen kunnen worden gemaakt, dankzij een nieuwe ontdekking die het potentieel van de chemicaliën die al gebruikelijk zijn in computerschermen en digitale horloges aanzienlijk vergroot.



De bevindingen, een eenvoudige en goedkope manier om de moleculaire eigenschappen van vloeibare kristallen te manipuleren met blootstelling aan licht, zijn nu gepubliceerd in Advanced Materials .

"Met behulp van onze methode kan elk laboratorium met een microscoop en een set lenzen de uitlijning van vloeibare kristallen in elk gewenst patroon regelen", zegt auteur Alvin Modin, een doctoraal onderzoeker die natuurkunde studeert aan de Johns Hopkins. "Industriële laboratoria en fabrikanten zouden de methode waarschijnlijk binnen een dag kunnen toepassen."

Vloeibare kristalmoleculen stromen als een vloeistof, maar ze hebben een gemeenschappelijke oriëntatie zoals bij vaste stoffen, en deze oriëntatie kan veranderen als reactie op stimuli. Ze zijn nuttig in LCD-schermen, biomedische beeldinstrumenten en andere apparaten die nauwkeurige controle van licht en subtiele bewegingen vereisen. Maar het beheersen van de uitlijning ervan in drie dimensies vereist kostbare en gecompliceerde technieken, zei Modin.

Het team, dat bestaat uit natuurkundeprofessor Robert Leheny van Johns Hopkins en assistent-onderzoeksprofessor Francesca Serra, ontdekte dat ze de driedimensionale oriëntatie van vloeibare kristallen konden manipuleren door de lichtblootstelling van een lichtgevoelig materiaal dat op glas was afgezet te controleren.

Als demonstratie dat de kanteling van vloeibare kristalmoleculen met hoge precisie van patronen kan worden voorzien, hebben wetenschappers een lens gemaakt van vloeibare kristallen. Het vermogen van de lens om scherp te stellen en een beeld vast te leggen, hangt af van de driedimensionale uitlijning van die moleculen. Credit:Alvin Modin/Johns Hopkins Universiteit.

Ze lieten gepolariseerd en ongepolariseerd licht door een microscoop naar de vloeibare kristallen schijnen. Bij gepolariseerd licht oscilleren lichtgolven in specifieke richtingen in plaats van willekeurig in alle richtingen, zoals bij ongepolariseerd licht. Het team gebruikte deze methode om een ​​microscopische lens van vloeibare kristallen te creëren die licht kan focusseren, afhankelijk van de polarisatie van het licht dat er doorheen schijnt.

Eerst straalde het team gepolariseerd licht uit om de vloeibare kristallen op een oppervlak uit te lijnen. Vervolgens gebruikten ze gewoon licht om de vloeibare kristallen vanuit dat vlak naar boven te heroriënteren. Hierdoor konden ze de oriëntatie van twee soorten gewone vloeibare kristallen controleren en patronen creëren met kenmerken ter grootte van enkele micrometers, een fractie van de dikte van een mensenhaar.

De bevindingen zouden kunnen leiden tot de creatie van programmeerbare tools die van vorm veranderen als reactie op stimuli, zoals die nodig zijn in zachte, rubberachtige robots om complexe objecten en omgevingen te hanteren of cameralenzen die automatisch scherpstellen afhankelijk van de lichtomstandigheden, zei Serra, die ook een medewerker is hoogleraar aan de Universiteit van Zuid-Denemarken.

"Als ik een willekeurige driedimensionale vorm zou willen maken, zoals een arm of een grijper, zou ik de vloeibare kristallen zo moeten uitlijnen dat wanneer het wordt onderworpen aan een stimulus, dit materiaal zich spontaan in die vormen herstructureert", zei Serra. "De ontbrekende informatie tot nu toe was hoe we deze driedimensionale as van de uitlijning van vloeibare kristallen konden controleren, maar nu hebben we een manier om dat mogelijk te maken."

De wetenschappers werken aan het verkrijgen van een patent voor hun ontdekking en zijn van plan deze verder te testen met verschillende soorten vloeibare kristalmoleculen en gestolde polymeren die van deze moleculen zijn gemaakt.

"Bepaalde soorten structuren konden niet eerder worden geprobeerd omdat we niet de juiste controle hadden over de driedimensionale uitlijning van de vloeibare kristallen", zei Serra. "Maar nu doen we dat wel, dus het wordt alleen beperkt door iemands verbeeldingskracht bij het vinden van een slimme structuur om met deze methode te bouwen, met behulp van een driedimensionale, variërende uitlijning van vloeibare kristallen."

Meer informatie: Alvin Modin et al, Ruimtelijke fotopatronen van nematische pretilt met vloeibare kristallen en de toepassing ervan bij het vervaardigen van lenzen met een platte gradiëntindex, Geavanceerde materialen (2024). DOI:10.1002/adma.202310083

Journaalinformatie: Geavanceerde materialen

Aangeboden door Johns Hopkins Universiteit




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Feiten over de Spleen
  2. Wolf die verband houdt met het doden van vee zou zich kunnen voortplanten, zeggen natuurbeschermers
  3. Waarom krijgen demonen de schuld van slaapverlamming?
  4. Ver van harpoenen, walvissen schitteren in de boom van ecotoerisme in IJsland
  5. Hoe werken het ademhalingsstelsel en het cardiovasculaire systeem samen?
  6. Onderzoek toont lagere letselpercentages bij Nieuw-Zeelandse renpaarden
  7. Wat is de structuur van stamcellen?
  8. Vonnis voor natuurmysterie in Nevada, waar uit DNA-tests blijkt dat wolven coyotes waren
  9. Deze gigantische, prehistorische zalm had slagtandachtige tanden

Wetenschap