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中外团队打造出新型智能反射彩色薄膜,可被激光雷达传感器灵敏检测到

来自中国和美国的工程师,描述了微尺度凹面(MCIs)薄膜反射不同颜色光的机理。该团队还演示了如何将该技术应用于各种显示应用——包括适用于自动驾驶汽车的路标。

他们打造的反射膜由薄聚丙烯酸酯层组成,部分嵌入直径10μm的聚合物微球。工程师使用不同类型的光和软件模拟的实验观察,来描述MCIs反射的光谱。通过改变光线进入单个MCI“像素”的角度,他们创造了可调谐的彩色显示器,可以被视觉和红外摄像机捕捉到,并被激光雷达传感器检测到。

美国纽约州立大学布法罗分校(State University at Buffalo, USA) Qiagiang Gan领导的工程师团队表示,除了能够更好地与自动驾驶汽车合作的标识外,这种新型薄膜技术还可以用于芯片传感器和防伪工具。

MCIs已经在光学显微镜技术和彩虹色反光胶带中得到了应用。然而,这些应用程序的开发人员并不知道微尺度凹面(MCIs)创造特定颜色背后的物理原理。为了创造可调谐的MCI薄膜显示器,Gan和他的同事首先需要定义MCI着色机制。

在实验描述中,研究小组用白光照亮MCI薄膜,观察到在薄膜对面的白板上反射的同心圆彩虹。利用光纤光谱仪,研究人员测量了不同角度的反射光谱。他们还测量了由蓝光、绿光、红光和红外光产生的反射光谱。

通过对光谱仪数据的数值模拟,工程师们确定了着色的关键机制:主要涉及由光从薄膜中嵌入的微球的相反边缘出来引起的光学干涉。换句话说,光线进入MCI薄膜的角度,决定了光线离开薄膜的颜色。

在确定了MCI着色机制后,工程师们创建了一个概念验证停止标志,以演示如何将该技术用于智能反射彩色显示器。

为了为停止标志阵列创建可调像素,该团队将MCI结构与介电弹性体驱动器(DEA)集成在一起。通过改变单个DEA的形状,Gan的团队控制了光线进入像素的角度,从而控制了MCI反射光线的颜色。

由此产生的停车标志在白光和红外光下反光,从不同角度都可以看到。该团队还能够使用高分辨率激光雷达相机,捕捉到空间信息。

“目前,自动驾驶系统在识别交通标志方面面临着许多挑战,尤其是在真实世界的情况下。”研究人员表示。

“用我们的材料制作的智能交通标志,可以为未来使用激光雷达和可视模式识别共同识别重要交通标志的系统提供更多信号。这可能有助于提高自动驾驶汽车的交通安全。”

工程师们已经在中国和美国申请了MCI材料的专利,这项技术现在可以申请许可了。

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