Представьте поверхность, которая остаётся совершенно плоской, пока на неё не направят луч света. В этот момент из неё вырастает настоящая физическая кнопка. Никаких проводов, моторов и дополнительных покрытий. Именно такую технологию разработали исследователи Корейского института передовых технологий (KAIST).
Команда под руководством профессора Иль-Квон О (Il-Kwon Oh) из факультета машиностроения превратила тонкий лист сплава с памятью формы никель-титан (NiTi) в фототермическую мета-структуру. Под воздействием света металл нагревается, «вспоминает» заранее заданную форму и поднимается, образуя объёмный элемент.
Как это работает
Обычные сплавы с памятью формы плохо поглощают ближний инфракрасный свет. Поэтому раньше на них наносили специальные светопоглощающие покрытия — оксид графена, полимерные композиты или тонкие плёнки нитрида титана. Эти покрытия со временем отслаиваются, усложняют производство и замедляют реакцию.
Исследователи KAIST решили проблему одним процессом. С помощью ультрафиолетового лазера они одновременно вырезают в металлическом листе киригами-узор (по принципу бумажных вырезанок) и создают на поверхности микро-нанопористый слой оксида титана. Этот слой резко повышает поглощение света без каких-либо дополнительных покрытий.
Регулируя ширину шарниров и прорезей, можно точно задавать высоту подъёма и силу, которую развивает структура. Более того, управляя степенью лазерного окисления в разных зонах, учёные добились последовательной деформации: разные участки поднимаются с разной скоростью даже при одинаковом освещении. Исследователи называют это «пространственно-временным управлением актуацией» — своего рода фотонной логикой, зашитой прямо в материал.
Возможные применения
Команда уже продемонстрировала работу системы вместе с массивом инфракрасных светодиодов. Отдельные элементы независимо поднимались и формировали последовательность букв K→A→I→S→T, а также тактильные сигналы, указывающие направление.
Технология открывает путь к новым тактильным интерфейсам с физическими всплывающими кнопками, адаптивным поверхностям, носимым устройствам и мягким роботам. Всё это может работать без проводов и сложной механики — только за счёт света.
«Лазерная технология программирования, разработанная в этом исследовании, представляет собой удобную для производства платформу, которая кодирует и механическую деформацию, и оптические свойства в одной металлической структуре без отдельного процесса нанесения покрытия, — отметил профессор Иль-Квон О. — Она может найти широкое применение в интеллектуальных морфинг-интерфейсах следующего поколения, управляемых светом».
Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.
