Двумерная световая гравировка (слева), подвешенная в полимерной пленке. Исходная фотография (справа) была спроецирована на пленку с помощью проектора красного и синего света, который активирует светочувствительную добавку в полимере. Применение тепла к пленке сотрет изображение и сделает ее готовой к повторному использованию. Кредит: Иван Апрахамян/Сара Пэтч
Представьте себе, если бы врачи могли захватывать трехмерные проекции медицинских сканов, подвешивая их внутри акрилового куба, чтобы создать ручную репродукцию сердца, мозга, почек или других органов пациента. Затем, когда визит завершен, быстрый поток тепла стирает проекцию, и куб готов к следующему сканированию.
Отчет в журнале Chem, опубликованный исследователями из Дартмутского и Южного методистского университета (SMU), описывает технический прорыв, который может сделать возможными такие сценарии и другие, имеющие широкое применение.
Исследование представляет метод, который использует специализированный световой проектор для отпечатывания двухмерных и трехмерных изображений внутри любого полимера, содержащего светочувствительную химическую добавку, разработанную командой. Световая гравировка остается в полимере до тех пор, пока не будет применено тепло, которое стирает изображение и делает его готовым к повторному использованию.
Короче говоря, исследователи пишут светом и стирают теплом или светом, говорит Иван Апрахамян, профессор и заведующий кафедрой химии в Дартмуте и соавтор статьи. В ходе тестовых испытаний исследователи создавали изображения высокого разрешения в полимерах толщиной от тонких пленок до шести дюймов.
Исследователи способны создавать трехмерные и анимированные изображения на основе света из полимеров толщиной от тонких пленок до шести дюймов. Они проецируют фрагменты исходных двумерных изображений до тех пор, пока фрагменты не объединятся в полноценное трехмерное или анимированное изображение. Будущая работа будет направлена на улучшение процесса создания анимированных изображений. Фото: Иван Апрамян
Эта технология предназначена для любых ситуаций, где наличие подробных, точных визуальных данных в компактном и легко настраиваемом формате может иметь решающее значение, говорит Апрахамян, например, при планировании операций и разработке архитектурных проектов. По его словам, устройство также можно использовать для создания 3D-изображений в образовательных целях и даже для создания произведений искусства.
«Это как 3D-печать, которая обратима», — говорит Апрахамян. «Вы можете взять любой полимер, который имеет оптимальные оптические свойства, то есть он полупрозрачен, и улучшить его с помощью нашего химического переключателя. Теперь этот полимер — 3D-дисплей. Вам не нужны очки виртуальной реальности или сложные приборы. Все, что вам нужно, — это правильный кусок пластика и наша технология».
Легкодоступные полимеры, такие как акриловый куб, можно превратить в дисплей с добавлением светочувствительного химического «переключателя», разработанного Апрахамьяном и Цинкаем Ци, постдокторантом в Дартмуте и первым автором исследования. Переключатель состоит из соединения под названием азобензол, которое реагирует на свет в паре с дифторидом бора, что улучшает оптические свойства переключателя.
После интеграции с полимером переключатель реагирует на длины волн красного и синего света, излучаемые проектором, разработанным в лаборатории Алекса Липперта, профессора химии в SMU и соавтора исследования. Соавтор исследования Джошуа Планк является кандидатом наук в лаборатории Липперта. Красный свет действует как чернила, активируя химическую добавку для создания изображения, говорит Апрахамян. Затем синий свет можно использовать для его стирания.
Проектор освещает обработанный полимер с разных углов различными узорами света, объясняет Липперт. Светочувствительное химическое вещество, разработанное в лаборатории Апрахамяна в Дартмуте, активируется там, где эти узоры пересекаются, создавая трехмерные узоры.
Создание 3D-проекций из 2D-изображений, таких как рентген грудной клетки, будет означать проецирование срезов исходного изображения на полимерный куб или другую форму до тех пор, пока срезы не объединятся, чтобы сформировать полное 3D-изображение, говорит Липперт.
Исследователи смогли создать анимированные изображения в полимерах, и будущая работа вращается вокруг улучшения этого процесса. Тем временем технология, описанная в Chem, может быть разработана для практического использования в ее нынешнем виде, например, для промышленности или здравоохранения.
«Масштабирование требует настройки свойств химического переключателя для улучшения разрешения, контрастности и частоты обновления», — говорит Липперт. «В принципе, проекционную систему можно масштабировать и развивать в готовую систему с автоматизированным оборудованием и соответствующим программным обеспечением для простоты использования».
Дополнительная информация: Ручной объемный 3D-дисплей с фотопереключателем, Chem (2024). DOI: 10.1016/j.chempr.2024.07.012. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(24)00355-3
Информация о журнале: Chem
Предоставлено Дартмутским колледжем
