Une image au microscope électronique à balayage montre la structure d'interface concave à l'échelle microscopique qui a été étudiée. Le matériau est constitué de microsphères partiellement noyées dans du ruban adhésif, formant des interfaces concaves à l'échelle microscopique. Crédit :Jacob Rada
Une nouvelle étude explique la science derrière les interfaces concaves à l'échelle microscopique (MCI) - des structures qui reflètent la lumière pour produire des phénomènes optiques magnifiques et potentiellement utiles.
« Il est essentiel de pouvoir expliquer à quelqu'un le fonctionnement d'une technologie avant de tenter de l'adopter. Notre nouvel article définit comment la lumière interagit avec des interfaces concaves à micro-échelle, " déclare Qiaoqiang Gan, chercheur en ingénierie à l'Université de Buffalo, notant que les applications futures de ces effets pourraient inclure l'aide aux véhicules autonomes pour reconnaître les panneaux de signalisation.
La recherche a été publiée en ligne le 15 août dans Matériaux appliqués aujourd'hui , et est présenté dans le numéro de septembre de la revue.
Gan, Doctorat., professeur de génie électrique à l'UB School of Engineering and Applied Sciences, a dirigé l'étude collaborative, qui a été menée par une équipe de l'UB, l'Université de Shanghai pour la science et la technologie, Université de Fudan, Texas Tech University et Hubei University.
Les premiers auteurs sont Jacob Rada, UB Ph.D. étudiant en génie électrique, et Haifeng Hu, Doctorat., professeur d'ingénierie optique-électrique et informatique à l'Université de Shanghai pour la science et la technologie.
Des arcs-en-ciel concentriques sont produits lorsque la lumière blanche est réfléchie par des interfaces concaves à micro-échelle. Cette image montre le montage expérimental. Crédit :Jacob Rada
Réflexions qui forment des anneaux de lumière concentriques
L'étude se concentre sur un matériau rétroréfléchissant, un film mince constitué de microsphères de polymère déposées sur la face collante d'un ruban transparent. Les microsphères sont partiellement noyées dans du ruban adhésif, et les parties qui dépassent forment des MCI.
La lumière blanche qui brille sur ce film est réfléchie d'une manière qui provoque la création d'anneaux arc-en-ciel concentriques, les nouveaux rapports papier. Alternativement, frapper le matériau avec un laser unicolore (rouge, vert ou bleu, dans le cas de cette étude) génère un motif d'anneaux lumineux et sombres. Les réflexions des lasers infrarouges ont également produit des signaux distinctifs constitués d'anneaux concentriques.
La recherche décrit ces effets en détail, et des rapports sur des expériences qui ont utilisé le film mince dans un panneau d'arrêt. Les motifs formés par le matériau apparaissaient clairement à la fois sur une caméra visuelle qui détecte la lumière visible, et un LIDAR (imagerie laser, détection et télémétrie) caméra qui détecte les signaux infrarouges, dit Rada, le co-premier auteur de l'UB.
Images visibles (à gauche) et infrarouges (à droite) d'un panneau créées à l'aide d'interfaces concaves à micro-échelle pour former le mot STOP et d'autres éléments. L'image infrarouge a été prise à l'aide d'un LIDAR (imagerie laser, détection et télémétrie) caméra. Crédit :Jacob Rada
"Actuellement, les systèmes de pilotage automatique sont confrontés à de nombreux défis pour reconnaître les panneaux de signalisation, surtout dans des conditions réelles, " dit Gan. " Les panneaux de signalisation intelligents fabriqués à partir de notre matériau pourraient fournir plus de signaux pour les futurs systèmes qui utilisent ensemble le LIDAR et la reconnaissance de formes visibles pour identifier les panneaux de signalisation importants. Cela peut être utile pour améliorer la sécurité routière des voitures autonomes. »
« Nous avons démontré une nouvelle stratégie combinée pour améliorer le signal LIDAR et la reconnaissance des formes visibles qui sont actuellement effectuées par les caméras visibles et infrarouges, " dit Rada. " Notre travail a montré que le MCI est une cible idéale pour les caméras LIDAR, en raison des signaux constamment forts qui sont produits."
Un brevet américainTélécharger le pdf pour le matériau rétroréfléchissant a été publié, ainsi qu'un homologue en Chine, avec l'Université de Fudan et UB en tant que détenteurs du brevet. La technologie est disponible sous licence.
Des arcs-en-ciel concentriques sont produits lorsque la lumière blanche est réfléchie par des interfaces concaves à micro-échelle. Cette image montre le montage expérimental. Crédit :Jacob Rada
Gan dit que les plans futurs incluent le test du film en utilisant différentes longueurs d'onde de lumière, et différents matériaux pour les microsphères, dans le but d'améliorer les performances des applications possibles telles que les panneaux de signalisation conçus pour les futurs systèmes autonomes.
