Кальмары и головоногие в целом обладают удивительной кожей, которая может менять рисунок по их желанию, что помогает при маскировке, охоте и поиске партнёров. Учёные из Университета Мичигана вдохновились этой особенностью моллюсков и создали чувствительный к магнитным полям пигментный дисплей, для работы которого не нужно никакой электроники.
Источник изображения: Jeremy Little/Michigan Engineering
«Это один из первых случаев, когда механические материалы используют магнитные поля для кодирования на системном уровне, обработки информации и вычислений», — поясняют разработчики. Сегодня для подобных и других интересных целей изобретаются метаматериалы, фактически инженерные решения, состоящие из набора материалов и конструкций. Обычно они достаточно сложные для масштабирования в сторону уменьшения размеров, что затрудняет использование метаматериалов в вычислительной технике и системах отображения. Учёные из Университета Мичигана обошли это ограничение, представив лёгкий и гибкий дисплей, реагирующий только на магнитные поля.
Кожа кальмаров с клетками-хромотофорами понадобилась учёным как пример того, на какое разрешение дисплея лучше всего опираться, чтобы изображение нормально воспринималось человеческим зрением. У моллюсков просто были позаимствованы размеры природных «пикселей». Придуманный учёными метаматериал опирался совсем на другие принципы работы.
В некотором роде исследователи изобрели дисплей E Ink, только на свой лад. Если электронные чернила у компании E Ink — это пигментная взвесь, реагирующая на полярность электромагнитного поля (заряд на управляющей матрице), то в случае магнитного дисплея использовались так называемые частицы Януса. Это широкий спектр материалов, обладающих двумя и более отличающимися свойствами. Простейшим примером частицы Януса можно назвать стрелку компаса. У разных концов стрелки разная полярность и можно заставить магнитом поворачиваться её так или иначе.
Созданные в Университете Мичигана частицы Януса с одной стороны состояли из ферромагнитных микрочастиц неодима (NdFeB) и суперпарамагнитных наночастиц оксида железа (SPION), а с другой — из такого пигмента, как оксид титана (TiO2). Соответственно, с одного конца они были оранжевыми, а с другого — белыми. Меняя полярность поднесённого к экрану магнита, можно было сделать его оранжевым или белым, а если расположить за экраном несколько маленьких магнитов заданным образом, то можно было закодировать изображение — намагниченные частички при встряхивании просто собрались бы у магнитов с подходящей полярностью.
Нюанс использования частичек с NdFeB и SPION в том, что неодим реагировал на сильное магнитное поле, а железо — на слабое. В слабом поле с помощью специального ключа — рисунка из магнитов под экраном, дисплей показывал секретное изображение, невидимое при нахождении над сильным магнитом. Таких ключей может быть несколько со своей конфигурацией магнитного рисунка и в каждом случае будет своё изображение.
Учёные полагают, что таким образом можно записывать штрих-коды на рабочую одежду и другую информацию, которую невозможно взломать или вскрыть, ведь устройство не имеет электронной части. Помещение экрана в сильное магнитное поле возвращает общую «неодимовую» картинку, скрывая секретную «железную». Такой дисплей не нуждается в питании и электронике, что может найти своё применение.