เอฟเฟ็กต์สีจากโครงสร้างนาโนที่พิมพ์ 3 มิติแบบโปร่งใส

Anonim

วัตถุส่วนใหญ่ที่เราเห็นมีสีตามสี แต่การใช้สีมีข้อเสีย: สีดังกล่าวอาจจางหายไปสีอุตสาหกรรมมักเป็นพิษและไม่สามารถบรรลุผลสีบางอย่างได้ อย่างไรก็ตามโลกธรรมชาติยังแสดงสีโครงสร้างซึ่งโครงสร้างจุลภาคของวัตถุจะทำให้สีต่างๆปรากฏขึ้น ตัวอย่างเช่นขนนกยูงมีสีน้ำตาลเข้ม แต่เนื่องจากโพรงกลวงยาวภายในขนนกสะท้อนให้เห็นถึงบลูส์และกรีนสีรุ้งที่งดงามที่เราเห็นและชื่นชม ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุดได้ทำให้เกิดการประดิษฐ์โครงสร้างนาโนที่ทำให้เกิดสีสันของโครงสร้างและนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีออสเตรีย (IST Austria) และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีกษัตริย์อับดุลลาห์ (KAUST) ได้สร้างขึ้นในขณะนี้ เป็นเครื่องมือคำนวณที่สร้างเทมเพลต 3-D-print สำหรับโครงสร้างนาโนที่สร้างขึ้นโดยอัตโนมัติตามสีที่ผู้ใช้กำหนด ผลงานของพวกเขาแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการระบายสีโครงสร้างในอุตสาหกรรมและเปิดโอกาสให้ผู้ที่ไม่ได้เป็นผู้เชี่ยวชาญในการออกแบบของตัวเองได้ โครงการนี้จะนำเสนอในงานประชุมด้านกราฟิกคอมพิวเตอร์ชั้นนำในปีนี้โดย SIGGRAPH 2018 โดยผู้แต่งคนแรกและ IST Austria postdoc Thomas Auzinger

การเปลี่ยนสีของกิ้งก่าและสีรุ้งบลูส์และสีเขียวของผีเสื้อ morpho ท่ามกลางธรรมชาติอื่น ๆ อีกมากมายเป็นผลมาจากการสร้างสีสันของโครงสร้างซึ่งโครงสร้างนาโนก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนในแสงส่งผลให้เกิดความหลากหลายของสีเมื่อมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ สีโครงสร้างมีข้อดีเหนือกว่าสีด้วยเม็ดสี (ที่ความยาวคลื่นโดยเฉพาะถูกดูดซึม) แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ข้อ จำกัด ของเทคโนโลยีหมายถึงการประดิษฐ์โครงสร้างนาโนเช่นนี้จำเป็นต้องใช้วิธีการพิเศษ การตั้งค่าการเขียนด้วยเลเซอร์แบบใหม่นั้นมีค่าใช้จ่ายเท่า ๆ กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติของอุตสาหกรรมที่มีคุณภาพสูงและสามารถพิมพ์ได้หลายร้อยนาโนเมตร (100 - 1000 เท่าน้ำหนักเบากว่าเส้นผมของมนุษย์) เปิดโอกาสให้นักวิทยาศาสตร์ทดลองกับสีโครงสร้าง

จนถึงตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองกับโครงสร้างนาโนที่พวกเขาสังเกตเห็นในธรรมชาติหรือด้วยการออกแบบโครงสร้างนาโนที่เรียบง่ายและเรียบง่าย (เช่นแถวหลังเสา) Thomas Auzinger และ Bernd Bickel จาก IST Austria ร่วมกับ Wolfgang Heidrich จาก KAUST ได้ใช้แนวทางใหม่ ๆ ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งแตกต่างกันไปในหลายรูปแบบ ประการแรกพวกเขาแก้งานออกแบบผกผัน: ผู้ใช้ป้อนสีที่ต้องการทำซ้ำแล้วคอมพิวเตอร์จะสร้างรูปแบบโครงสร้างนาโนที่ให้สีนั้นแทนที่จะพยายามทำซ้ำโครงสร้างที่พบในธรรมชาติ นอกจากนี้ "เครื่องมือออกแบบของเราทำงานโดยอัตโนมัติโดยสมบูรณ์" Thomas Auzinger กล่าว "ไม่มีความพยายามเพิ่มขึ้นในส่วนของผู้ใช้"

ประการที่สองโครงสร้างนาโนในแม่แบบไม่ได้ทำตามรูปแบบเฉพาะหรือมีโครงสร้างตามปกติ พวกเขาดูเหมือนจะสุ่มประกอบด้วย - แบ่งรุนแรงจากวิธีการก่อนหน้า แต่อย่างใดอย่างหนึ่งที่มีข้อดีหลายประการ "เมื่อมองไปที่เทมเพลตที่ผลิตโดยคอมพิวเตอร์ฉันไม่สามารถบอกได้โดยใช้โครงสร้างแบบเดียวถ้าฉันเห็นรูปแบบสีฟ้าหรือสีแดงหรือสีเขียว" Auzinger อธิบาย "แต่นั่นหมายความว่าคอมพิวเตอร์กำลังหาทางแก้ปัญหาที่มนุษย์เราไม่สามารถทำได้โครงสร้างแบบอิสระนี้มีประสิทธิภาพมาก: ช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นและเปิดโอกาสในการเพิ่มสีสันได้" ตัวอย่างเช่นเครื่องมือออกแบบของพวกเขาสามารถใช้พิมพ์สี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ปรากฏเป็นสีแดงได้จากมุมหนึ่งและเป็นสีฟ้าจากอีกสีหนึ่ง (เรียกว่าสีตามทิศทาง)

สุดท้ายความพยายามก่อนหน้านี้ได้สะดุดเมื่อมันมาถึงการประดิษฐ์ที่เกิดขึ้นจริง: การออกแบบมักจะเป็นไปไม่ได้ที่จะพิมพ์ เครื่องมือออกแบบใหม่นี้รับประกันได้ว่าผู้ใช้จะต้องใช้เทมเพลตที่สามารถพิมพ์ได้ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการพัฒนาโครงสร้างสีในอุตสาหกรรม "เครื่องมือการออกแบบสามารถนำมาใช้กับต้นแบบสีใหม่และเครื่องมืออื่น ๆ ตลอดจนหาโครงสร้างที่น่าสนใจที่สามารถผลิตได้ในอุตสาหกรรม" Auzinger กล่าว การทดสอบเบื้องต้นของเครื่องมือการออกแบบได้ให้ผลสำเร็จแล้ว Bernd Bickel, ศาสตราจารย์จาก IST Austria กล่าวว่า "มันน่าทึ่งที่ได้เห็นบางสิ่งบางอย่างที่ประกอบด้วยวัสดุที่ชัดเจนมีสีสันเพียงเพราะโครงสร้างที่มองไม่เห็นได้จากสายตามนุษย์ "เรากระตือรือร้นที่จะทดลองกับวัสดุเพิ่มเติมเพื่อขยายขอบเขตของผลที่เราสามารถทำได้"

สรุปได้ว่า Auzinger กล่าวว่า "มันน่าตื่นเต้นเป็นอย่างยิ่งที่ได้เห็นถึงบทบาทของเครื่องมือคำนวณในการประดิษฐ์" และยิ่งน่าตื่นเต้นมากที่จะเห็นการขยายตัวของ "คอมพิวเตอร์กราฟิกส์" เพื่อรวมเอาภาพจริงและภาพเสมือนจริง "

menu
menu