Los robots y las cámaras del futuro podrían estar hechos de cristales líquidos, gracias a un nuevo descubrimiento que amplía significativamente el potencial de los químicos que ya son comunes en las pantallas de computadora y los relojes digitales.
Los hallazgos, una forma sencilla y económica de manipular las propiedades moleculares de los cristales líquidos con exposición a la luz, se publican ahora en Advanced Materials. .
"Utilizando nuestro método, cualquier laboratorio con un microscopio y un conjunto de lentes puede organizar la alineación del cristal líquido en cualquier patrón que desee", dijo el autor Alvin Modin, investigador doctoral que estudia física en Johns Hopkins. "Los laboratorios industriales y los fabricantes probablemente podrían adoptar el método en un día."
Las moléculas de cristal líquido fluyen como un líquido, pero tienen una orientación común como en los sólidos, y esta orientación puede cambiar en respuesta a estímulos. Son útiles en pantallas LCD, instrumentos de imágenes biomédicas y otros dispositivos que requieren un control preciso de la luz y los movimientos sutiles. Pero controlar su alineación en tres dimensiones requiere técnicas costosas y complicadas, afirmó Modin.
El equipo, que incluye al profesor de física de Johns Hopkins, Robert Leheny, y a la profesora asistente de investigación, Francesca Serra, descubrió que podían manipular la orientación tridimensional de cristales líquidos controlando la exposición a la luz de un material fotosensible depositado sobre vidrio.
Iluminaron con luz polarizada y no polarizada los cristales líquidos a través de un microscopio. En la luz polarizada, las ondas de luz oscilan en direcciones específicas en lugar de aleatoriamente en todas las direcciones, como lo harían en la luz no polarizada. El equipo utilizó el método para crear una lente microscópica de cristales líquidos capaz de enfocar la luz dependiendo de la polarización de la luz que brilla a través de ella.
Primero, el equipo emitió luz polarizada para alinear los cristales líquidos sobre una superficie. Luego, utilizaron luz normal para reorientar los cristales líquidos hacia arriba desde ese plano. Esto les permitió controlar la orientación de dos tipos de cristales líquidos comunes y crear patrones con características del tamaño de unos pocos micrómetros, una fracción del grosor de un cabello humano.
Los hallazgos podrían conducir a la creación de herramientas programables que cambian de forma en respuesta a estímulos, como las que se necesitan en robots blandos parecidos al caucho para manejar objetos y entornos complejos o lentes de cámaras que enfocan automáticamente dependiendo de las condiciones de iluminación, dijo Serra, quien también es asociado profesor de la Universidad del Sur de Dinamarca.
"Si quisiera hacer una forma tridimensional arbitraria, como un brazo o una pinza, tendría que alinear los cristales líquidos para que cuando sea sometido a un estímulo, este material se reestructure espontáneamente en esas formas", dijo Serra. "La información que faltaba hasta ahora era cómo controlar este eje tridimensional de alineación de los cristales líquidos, pero ahora tenemos una manera de hacerlo posible."
Los científicos están trabajando para obtener una patente para su descubrimiento y planean probarlo más a fondo con diferentes tipos de moléculas de cristal líquido y polímeros solidificados hechos de estas moléculas.
"Ciertos tipos de estructuras no se podían intentar antes porque no teníamos el control adecuado de la alineación tridimensional de los cristales líquidos", dijo Serra. "Pero ahora lo hacemos, por lo que está limitado por la imaginación a la hora de encontrar una estructura inteligente para construir con este método, utilizando una alineación tridimensional variable de cristales líquidos".
Más información: Alvin Modin et al, Fotopatrón espacial de preinclinación de cristal líquido nemático y su aplicación en la fabricación de lentes de índice de gradiente plano, Materiales avanzados (2024). DOI:10.1002/adma.202310083
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por la Universidad Johns Hopkins
