En avsökande elektronmikroskopbild visar den mikroskala konkava gränssnittsstrukturen som studerades. Materialet består av mikrosfärer som delvis är inbäddade i tejp, bildar mikroskala konkava gränssnitt. Upphovsman:Jacob Rada
En ny studie förklarar vetenskapen bakom mikroskala konkava gränssnitt (MCI) - strukturer som reflekterar ljus för att producera vackra och potentiellt användbara optiska fenomen.
"Det är viktigt att kunna förklara hur en teknik fungerar för någon innan du försöker anta den. Vårt nya dokument definierar hur ljus interagerar med mikroskala konkava gränssnitt, "säger University of Buffalo ingenjörsforskare Qiaoqiang Gan, noterar att framtida tillämpningar av dessa effekter kan inkludera att hjälpa autonoma fordon att känna igen trafikskyltar.
Forskningen publicerades online den 15 augusti Tillämpat material idag , och finns i tidskriftens septembernummer.
Gan, Ph.D., professor i elektroteknik vid UB School of Engineering and Applied Sciences, ledde den gemensamma studien, som genomfördes av ett team från UB, University of Shanghai för vetenskap och teknik, Fudan universitet, Texas Tech University och Hubei University.
De första författarna är Jacob Rada, UB Ph.D. student i elektroteknik, och Haifeng Hu, Ph.D., professor i optisk-elektrisk och datorteknik vid University of Shanghai for Science and Technology.
Koncentriska regnbågar produceras när vitt ljus reflekteras av mikroskala konkava gränssnitt. Den här bilden visar den experimentella uppsättningen. Upphovsman:Jacob Rada
Reflektioner som bildar koncentriska ljusringar
Studien fokuserar på ett retroreflekterande material - en tunn film som består av polymermikrosfärer som ligger på den klibbiga sidan av en transparent tejp. Mikrosfärerna är delvis inbäddade i tejp, och de delar som sticker ut bildar MCI:er.
Vitt ljus som lyser på denna film reflekteras på ett sätt som får ljuset att skapa koncentriska regnbågsringar, de nya pappersrapporterna. Växelvis, träffa materialet med en enfärgad laser (röd, grön eller blå, i fallet med denna studie) genererar ett mönster av ljusa och mörka ringar. Reflektioner från infraröda lasrar gav också distinkta signaler bestående av koncentriska ringar.
Forskningen beskriver dessa effekter i detalj, och rapporterar om experiment som använde den tunna filmen i ett stoppskylt. Mönstren som bildats av materialet visade tydligt på både en visuell kamera som detekterar synligt ljus, och en LIDAR (laseravbildning, detektering och intervall) kamera som detekterar infraröda signaler, säger Rada, den första författaren från UB.
Synliga (vänster) och infraröda (höger) bilder av ett tecken som skapats med hjälp av mikroskala konkava gränssnitt för att bilda ordet STOPP och andra element. Den infraröda bilden togs med en LIDAR (laseravbildning, kamera). Upphovsman:Jacob Rada
"För närvarande, autopilotsystem står inför många utmaningar när det gäller att känna igen trafikskyltar, särskilt under verkliga förhållanden, "Gan säger." Smarta trafikskyltar gjorda av vårt material kan ge fler signaler för framtida system som använder LIDAR och synligt mönsterigenkänning tillsammans för att identifiera viktiga trafiktecken. Detta kan vara till hjälp för att förbättra trafiksäkerheten för autonoma bilar. "
"Vi demonstrerade en ny kombinerad strategi för att förbättra LIDAR -signalen och synligt mönsterigenkänning som för närvarande utförs av både synliga och infraröda kameror, "Rada säger." Vårt arbete visade att MCI är ett idealiskt mål för LIDAR -kameror, på grund av de ständigt starka signalerna som produceras. "
Ett amerikanskt patent Ladda ner pdf för retroreflekterande material har utfärdats, liksom en motsvarighet i Kina, med Fudan University och UB som patentinnehavare. Tekniken är tillgänglig för licensiering.
Koncentriska regnbågar produceras när vitt ljus reflekteras av mikroskala konkava gränssnitt. Den här bilden visar den experimentella uppsättningen. Upphovsman:Jacob Rada
Gan säger att framtidsplaner inkluderar att testa filmen med olika ljusets våglängder, och olika material för mikrosfärerna, med målet att förbättra prestanda för möjliga applikationer som trafikskyltar som är utformade för framtida autonoma system.
