Inspirados na mudança de cor da pele das lulas e de outros cefalópodes, os pesquisadores desenvolveram uma tela flexível capaz de armazenar e exibir imagens criptografadas sem o uso de eletrônicos – apenas minúsculas partículas magnéticas.
Já há algum tempo, os cientistas têm brincado com metamateriais, materiais projetados para terem propriedades normalmente não encontradas na natureza, para criar coisas tão díspares como capas de invisibilidade e ultrassons que penetram nos ossos. Os metamateriais mecânicos, em particular, são capazes de comportamento programável através da interação entre material e estrutura, permitindo funcionalidades avançadas que vão além de suas propriedades mecânicas.
O potencial de utilização de metamateriais mecânicos no processamento de informação e na computação é algo que os investigadores estão a explorar. No entanto, seu uso é limitado porque dependem de mecanismos que dobram, dobram e dobram, difíceis de miniaturizar. Agora, engenheiros da Universidade de Michigan (UM) desenvolveram uma tela flexível que usa campos magnéticos em vez de eletrônicos para revelar imagens. E foi inspirado na pele de lula.
“É uma das primeiras vezes em que materiais mecânicos usam campos magnéticos para criptografia em nível de sistema, processamento de informações e computação”, disse Joerg Lahann, professor de engenharia química na UM e co-autor correspondente do estudo. Abdon Pena-Francesch, professor assistente de ciência e engenharia de materiais e outro autor correspondente, explica como os pesquisadores desenvolveram a tela no vídeo abaixo.
Uma tela que usa pixels magnéticos armazena e exibe imagens criptografadas sem eletrônicos
Mas como a lula influencia? Lulas e outros cefalópodes possuem cromatóforos na camada superior da pele, órgãos que contêm sacos de pigmentos que se expandem e contraem rapidamente sob o controle dos músculos. A atuação coletiva dos cromatóforos permite que a lula adapte a cor e o padrão da pele de acordo com sua finalidade: camuflagem, predação ou acasalamento. Foi na contração e expansão dos cromatóforos que os pesquisadores se inspiraram e os ajudaram a decidir a resolução da tela.
“Se você fizer as contas muito pequenas, as mudanças na cor se tornarão pequenas demais para serem vistas”, disse Zane Zhang, estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais e principal autor do estudo. “Os sacos de pigmento da lula otimizaram o tamanho e a distribuição para proporcionar alto contraste, por isso adaptamos os pixels do nosso dispositivo para corresponder ao seu tamanho.”
Jeremy Little/Engenharia de Michigan
Os ‘pixels’ são, na verdade, um enxame de partículas magnetoativas de Janus (MAJP). Partículas Janus são nanopartículas especiais cujas superfícies possuem duas ou mais propriedades físicas distintas. Aqui, os pesquisadores criaram MAJPs bicompartimentados compostos de micropartículas ferromagnéticas de neodímio (NdFeB) e nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (SPIONs) em um compartimento e óxido de titânio (TiO2) pigmento no outro.
Aproveitando os mecanismos de comutação do MAJP, os pesquisadores poderiam usar um campo magnético para programar um enxame de partículas em vários estados. Eles poderiam, por exemplo, definir dois estados – ‘ligado’ e ‘desligado’ – determinados pela orientação do MAJP e pela cor que eles exibiam coletivamente: compartimento de ferro para cima é laranja; compartimento de titânio para cima é branco. Desta forma, os MAJPs semelhantes a pixels alternam entre laranja e branco dependendo da direção de magnetização – ou polarização – do campo magnético aplicado. Para os MAJPs feitos com partículas magnéticas de óxido de ferro, a polarização poderia ser alterada com campos magnéticos relativamente fracos. No entanto, a polarização dos MAJPs que também incluíam partículas de neodímio exigia um forte pulso magnético.
Segurar a tela sobre uma coleção de ímãs de diferentes intensidades e orientações alterou seletivamente a polarização em algumas partes da tela, fazendo com que alguns pixels ficassem brancos e outros ficassem laranja sob o mesmo campo magnético. Uma imagem foi codificada desta forma.
Pesquisadores demonstram criptografia em uma tela magnética
Como as nanopartículas de óxido de ferro podem ser reprogramadas usando campos magnéticos relativamente fracos, imagens privadas podem ser exibidas com uma segunda grade magnética que reescreve seletivamente como algumas partes da tela giram. Quando as partículas de óxido de ferro retornam ao ímã padrão, elas revertem à sua polarização original e a imagem pública é exibida.
Uma imagem pública pode conter diversas imagens privadas, cada uma com uma chave de decodificação exclusiva que pode ser programada apenas para funcionar com chaves de codificação específicas, adicionando uma camada extra de segurança.
“Este dispositivo pode ser programado para mostrar informações específicas somente quando as chaves corretas são fornecidas”, disse Pena-Francesch. “E não há código ou eletrônicos para serem hackeados. Isso também poderia ser usado para superfícies que mudam de cor, por exemplo, em robôs camuflados.”
Pixels Magnéticos: Pesquisadores demonstram um display que mostra imagens usando apenas campos magnéticos
Uma reminiscência de um Etch-A-Sketch, o brinquedo de desenho mecânico com moldura vermelha que existe desde o final da década de 1950agitar a tela apaga a exibição. Expor novamente a um campo magnético faz com que a imagem retorne.
Os pesquisadores dizem que a tela foi projetada para uso quando a luz e a energia são impraticáveis ou indesejáveis, como em roupas, adesivos, crachás de identificação, códigos de barras e leitores de e-books.
O estudo foi publicado na revista Materiais Avançados.
Fonte: Engenharia de Michigan
