Blizganti žuvų oda įkvepia nanoskalkių šviesos reflektorius

Anonim

Pasak "Penn State" tyrėjų, gali būti įmanoma gamtos įkvėptas metodas, leidžiantis modeliuoti šviesos atspindėjimą iš sidabrinių žuvų ir kitų organizmų odos.

Toks metodas gali būti taikomas gerinant plačiajuosčio ryšio atšvaitus ir pritaikytus daug spektrinius filtrus daugeliui programų, įskaitant pažangias optines stiklo dangas, lazerio apsaugą, infraraudonųjų spindulių vaizdavimo sistemas, optines ryšių sistemas ir fotoelektrinius elementus, pagal Douglas Werner, John L. ir Genevieve H. McCain, elektrotechnikos inžinieriaus profesorius, Pensilvanija.

Siūlomas modelis taip pat padeda suvokti kai kurių organizmų atspindintį sluoksnį odoje. Tam tikros juostos spalvos blizgios odos atspindi šviesą įvairiausiais bangos ilgiais, suteikiant jiems puikią metalo išvaizdą. Atspindimumas - tai jų odos citoplazmoje įterptų kristalinių organinių junginių suvynioti sluoksniai. Kai kuriuose organizmuose, kuriuose yra metalo blizgesys, yra sluoksniai, kurie yra suplanuoti įprastu būdu, o kitiems, įskaitant juostinius žuvis, būdingi "chaotiški" arba atsitiktiniai būdai. "Penn State" komanda nusprendė, kad kuopa nėra visiškai atsitiktinė ir sukūrė matematinius algoritmus, kurie atkartoja tuos modelius puslaidininkių medžiagose.

"Mes siūlome modelį, kuris naudoja fraktalinę geometriją, kad apibūdintų sluoksnį biologinėje sidabrinių žuvų struktūroje", - teigia dr. Džordžas Bossardas, elektrotechnikos postdoktorius, Penn State. "Nors bandome atkurti gamtoje rastą struktūrą, tas pats modelis gali padėti kurti tokius įrenginius, kaip plačiajuosčio ryšio veidrodžiai".

Fraktaliai vadinami "gamtos geometrija", nes jie gali padėti apibūdinti netaisyklingus, bet savitarnos modelius, kurie atsiranda gamtiniuose objektuose, pvz., Medžių galūnėse. Tyrėjai naudoja vienmatę fraktalą, vadinamą "Cantor" juostos fraktaliu, kuris yra linija, padalyta iš tarpų arba tarpų. Paprastai Cantor fraktalai atrodo labai reguliarūs, tačiau kai atsitiktiniai pakeitimai įvesti į geometriją, atsiranda sudėtingesnis modelis. Šis modelis primena atspindinčių sluoksnių sluoksnį juodmedžio odos odoje.

"Yra pagrindinis modelis, tačiau atsitiktinumas yra pastatytas", - sako Bossardas, - "panašus į tai, kaip gyvenantys medžiai turi bendrą fraktalinį modelį, bet jie nesikeičia simetriškai".

Tuomet mokslininkai naudoja kitą gamtos įkvėptą skaičiavimo metodą, vadinamą genetiniu algoritmu, kuris imituotų Darvino evoliuciją, siekiant sukurti kartotines fraktalinių modelių kartas iš patronuojančių modelių. Daugiau nei maždaug 100 kartų modeliai suvienodinami pagal geriausią dizainą, kad atitiktų visus tikslinius reikalavimus.

Naudodami šiuos fraktalinius atsitiktinius Cantor barus ir genetinį algoritmą, mokslininkai galėjo matematiškai kurti modelius, skirtus optinėms funkcijoms vidutinio infraraudonojo spindulių ir artimųjų infraraudonųjų spindulių srityje, įskaitant plačiajuosčio ryšio atspindį. Jie siūlo, kad dizaino metodas galėtų būti naudojamas kuriant nanoskalkių kaminus su pritaikytais atspindinčiais spektrais. Tyrimo rezultatai pateikti 2016 m. Sausio 13 d. Karališkosios draugijos sąsajos leidinyje "Sukurti atsitiktiniai fraktaliniai Cantor superlatvirkiai infraraudonųjų spindulių kūnui naudojant genetinį algoritmą".

Lan Lin, neseniai Ph.D. baigė elektrotechniką, taip pat prisidėjo prie projekto kūrimo ir atlikimo medžiagų gamybai ir apibūdinimui.

menu
menu