Layar yang terinspirasi dari kulit cumi-cumi menampilkan gambar terenkripsi hanya menggunakan magnet

Terinspirasi oleh perubahan warna kulit cumi-cumi dan sefalopoda lainnya, para peneliti telah mengembangkan layar fleksibel yang mampu menyimpan dan menampilkan gambar terenkripsi tanpa menggunakan perangkat elektronik – hanya partikel magnetik kecil.

Selama ini, para ilmuwan telah bereksperimen dengan metamaterial, material yang direkayasa agar memiliki sifat-sifat yang biasanya tidak ditemukan di alam, untuk menciptakan berbagai hal yang berbeda seperti jubah tembus pandang dan ultrasound yang menembus tulang. Metamaterial mekanis, khususnya, mampu berperilaku terprogram melalui interaksi antara material dan struktur, yang memungkinkan fungsionalitas tingkat lanjut yang melampaui sifat-sifat mekanisnya.

Potensi penggunaan metamaterial mekanis dalam pemrosesan informasi dan komputasi merupakan sesuatu yang tengah dieksplorasi oleh para peneliti. Akan tetapi, penggunaannya terbatas karena bergantung pada mekanisme yang dapat dilipat, dibengkokkan, dan dibengkokkan, yang sulit untuk diminiaturisasi. Kini, para insinyur dari University of Michigan (UM) telah mengembangkan layar tampilan fleksibel yang menggunakan medan magnet alih-alih elektronik untuk menampilkan gambar. Dan layar tersebut terinspirasi oleh kulit cumi-cumi.

“Ini adalah salah satu saat pertama material mekanik menggunakan medan magnet untuk enkripsi tingkat sistem, pemrosesan informasi, dan komputasi,” kata Joerg Lahann, profesor teknik kimia di UM dan penulis pendamping studi tersebut. Abdon Pena-Francesch, asisten profesor ilmu dan teknik material dan penulis pendamping lainnya, menjelaskan bagaimana para peneliti mengembangkan layar tersebut dalam video di bawah ini.

Namun, bagaimana cumi-cumi berperan? Cumi-cumi dan sefalopoda lainnya memiliki kromatofora di lapisan kulit atas, organ yang berisi kantung pigmen yang mengembang dan berkontraksi dengan cepat di bawah kendali otot. Pengaktifan kolektif kromatofora memungkinkan cumi-cumi untuk menyesuaikan warna dan pola kulitnya agar sesuai dengan tujuannya: kamuflase, pemangsaan, atau perkawinan. Kontraksi dan ekspansi kromatofora inilah yang menjadi inspirasi para peneliti, dan membantu mereka memutuskan resolusi layar.

“Jika Anda membuat manik-manik terlalu kecil, perubahan warnanya menjadi terlalu kecil untuk dilihat,” kata Zane Zhang, seorang mahasiswa doktoral dalam ilmu material dan teknik serta penulis utama penelitian tersebut. “Kantung pigmen cumi-cumi memiliki ukuran dan distribusi yang dioptimalkan untuk memberikan kontras yang tinggi, jadi kami menyesuaikan piksel perangkat kami agar sesuai dengan ukurannya.”

“Piksel” tersebut sebenarnya adalah sekumpulan partikel Janus magnetoaktif (MAJP). Partikel Janus adalah nanopartikel khusus yang permukaannya memiliki dua atau lebih sifat fisik yang berbeda. Di sini, para peneliti menciptakan MAJP bi-kompartemen yang terdiri dari mikropartikel feromagnetik neodymium (NdFeB) dan nanopartikel oksida besi superparamagnetik (SPION) dalam satu kompartemen dan titanium oksida (TiO₂) pigmen di sisi lain.

Dengan memanfaatkan mekanisme pengalihan MAJP, para peneliti dapat menggunakan medan magnet untuk memprogram sekumpulan partikel ke dalam beberapa keadaan. Misalnya, mereka dapat menentukan dua keadaan – ‘aktif’ dan ‘nonaktif’ – yang ditentukan oleh orientasi dan warna MAJP yang ditampilkan secara kolektif: kompartemen besi di atas berwarna jingga; kompartemen titanium di atas berwarna putih. Dengan cara ini, MAJP yang menyerupai piksel berubah antara jingga dan putih tergantung pada arah magnetisasi – atau polarisasi – medan magnet yang diterapkan. Untuk MAJP yang dibuat dengan partikel magnetik oksida besi, polarisasi dapat diubah dengan medan magnet yang relatif lemah. Namun, polarisasi MAJP yang juga mencakup partikel neodymium memerlukan pulsa magnetik yang kuat.

Memegang layar di atas kumpulan magnet dengan kekuatan dan orientasi berbeda secara selektif mengubah polarisasi di beberapa bagian layar, membuat beberapa piksel berubah menjadi putih dan yang lainnya berubah menjadi oranye di bawah medan magnet yang sama. Gambar dikodekan dengan cara ini.

Karena nanopartikel oksida besi dapat diprogram ulang menggunakan medan magnet yang relatif lemah, gambar pribadi dapat ditampilkan dengan kisi magnet kedua yang secara selektif menulis ulang bagaimana beberapa bagian layar dibalik. Ketika partikel oksida besi dikembalikan ke magnet standar, mereka kembali ke polarisasi aslinya, dan gambar publik ditampilkan.

Satu gambar publik dapat berisi beberapa gambar pribadi, masing-masing dengan kunci dekode unik yang dapat diprogram hanya untuk bekerja dengan kunci penyandian tertentu, sehingga menambahkan lapisan keamanan ekstra.

“Perangkat ini dapat diprogram untuk menampilkan informasi tertentu hanya jika tombol yang tepat diberikan,” kata Pena-Francesch. “Dan tidak ada kode atau perangkat elektronik yang dapat diretas. Ini juga dapat digunakan untuk mengubah warna permukaan, misalnya, pada robot yang disamarkan.”

Mengingatkan kita pada Etch-A-Sketch, mainan gambar mekanik berbingkai merah yang sudah ada sejak akhir tahun 1950anmenggoyangkan layar akan menghapus tampilan. Memaparkannya ke medan magnet lagi akan menyebabkan gambar muncul kembali.

Para peneliti mengatakan layar tersebut dirancang untuk digunakan saat cahaya dan daya tidak praktis atau tidak diinginkan, seperti pada pakaian, stiker, tanda pengenal, kode batang, dan pembaca buku elektronik.

Studi ini dipublikasikan dalam jurnal Bahan Canggih.

Sumber: Teknik Michigan