Un'immagine al microscopio elettronico a scansione mostra la struttura dell'interfaccia concava su microscala che è stata studiata. Il materiale è costituito da microsfere parzialmente annegate in nastro adesivo, formando interfacce concave su microscala. Credito:Jacob Rada
Un nuovo studio spiega la scienza alla base delle interfacce concave su microscala (MCI), strutture che riflettono la luce per produrre fenomeni ottici belli e potenzialmente utili.
"È fondamentale essere in grado di spiegare a qualcuno come funziona una tecnologia prima di tentare di adottarla. Il nostro nuovo documento definisce come la luce interagisce con le interfacce concave su microscala, ", afferma Qiaoqiang Gan, ricercatore di ingegneria dell'Università di Buffalo, osservando che le future applicazioni di questi effetti potrebbero includere l'aiuto ai veicoli autonomi nel riconoscere i segnali stradali.
La ricerca è stata pubblicata online il 15 agosto in Materiali applicati oggi , ed è presente nel numero di settembre della rivista.
Gan, dottorato di ricerca, professore di ingegneria elettrica presso la UB School of Engineering and Applied Sciences, ha condotto lo studio collaborativo, che è stato condotto da un team di UB, l'Università di Shanghai per la scienza e la tecnologia, Università Fudan, Texas Tech University e Hubei University.
I primi autori sono Jacob Rada, UB Ph.D. studente di ingegneria elettrica, e Haifeng Hu, dottorato di ricerca, professore di ingegneria ottico-elettrica e informatica presso l'Università di Shanghai per la scienza e la tecnologia.
Gli arcobaleni concentrici vengono prodotti quando la luce bianca viene riflessa da interfacce concave su microscala. Questa immagine mostra la configurazione sperimentale. Credito:Jacob Rada
Riflessi che formano anelli concentrici di luce
Lo studio si concentra su un materiale retroriflettente, una pellicola sottile costituita da microsfere polimeriche adagiate sul lato adesivo di un nastro trasparente. Le microsfere sono parzialmente annegate nel nastro, e le parti che sporgono formano MCI.
La luce bianca che brilla su questo film viene riflessa in un modo che fa sì che la luce crei anelli concentrici dell'arcobaleno, le nuove relazioni cartacee. In alternativa, colpire il materiale con un laser monocolore (rosso, verde o blu, nel caso di questo studio) genera un pattern di anelli luminosi e scuri. Anche i riflessi dei laser a infrarossi hanno prodotto segnali distintivi costituiti da anelli concentrici.
La ricerca descrive questi effetti in dettaglio, e relazioni su esperimenti che hanno utilizzato il film sottile in un segnale di stop. I modelli formati dal materiale si sono mostrati chiaramente sia su una telecamera visiva che rileva la luce visibile, e un LIDAR (imaging laser, rilevamento e distanza) fotocamera che rileva i segnali a infrarossi, dice Rada, il co-primo autore di UB.
Immagini visibili (a sinistra) e a infrarossi (a destra) di un segnale creato utilizzando interfacce concave su microscala per formare la parola STOP e altri elementi. L'immagine a infrarossi è stata acquisita utilizzando un LIDAR (imaging laser, rilevamento e distanza) fotocamera. Credito:Jacob Rada
"Attualmente, i sistemi di pilota automatico affrontano molte sfide nel riconoscimento dei segnali stradali, soprattutto in condizioni reali, " Gan dice. "I segnali stradali intelligenti realizzati con il nostro materiale potrebbero fornire più segnali per i sistemi futuri che utilizzano LIDAR e il riconoscimento di schemi visibili insieme per identificare i segnali stradali importanti. Questo può essere utile per migliorare la sicurezza del traffico per le auto a guida autonoma".
"Abbiamo dimostrato una nuova strategia combinata per migliorare il segnale LIDAR e il riconoscimento del modello visibile che sono attualmente eseguiti da telecamere sia visibili che a infrarossi, " Rada dice. "Il nostro lavoro ha dimostrato che l'MCI è un obiettivo ideale per le fotocamere LIDAR, a causa dei segnali costantemente forti che vengono prodotti."
È stato rilasciato un brevetto USADownload pdf per il materiale retroriflettente, nonché una controparte in Cina, con Fudan University e UB come titolari del brevetto. La tecnologia è disponibile per la licenza.
Gli arcobaleni concentrici vengono prodotti quando la luce bianca viene riflessa da interfacce concave su microscala. Questa immagine mostra la configurazione sperimentale. Credito:Jacob Rada
Gan afferma che i piani futuri includono il test del film utilizzando diverse lunghezze d'onda della luce, e diversi materiali per le microsfere, con l'obiettivo di migliorare le prestazioni per possibili applicazioni come i segnali stradali progettati per i futuri sistemi autonomi.
