Un écran flexible inspiré du calamar pour stocker et afficher des images cryptées

Des ingénieurs américains ont développé un écran flexible capable de stocker et d’afficher des images cryptées sans utiliser d’électronique. Inspiré en partie par le calamar, l’écran fonctionne à l’aide de champs magnétiques et pourrait trouver des applications dans les vêtements, les autocollants, les badges d’identification et les liseuses électroniques. La technologie offre une nouvelle approche pour le traitement et l’affichage sécurisés d’informations, avec des implications potentielles dans divers domaines.

L’écran développé par les chercheurs de l’Université du Michigan utilise des champs magnétiques pour traiter et afficher des informations, contrairement aux écrans électroniques traditionnels. Joerg Lahann, professeur de génie chimique et co-auteur de l’étude, aime à précisé l’importance de leur travail : «C’est l’une des premières fois que des matériaux mécaniques utilisent des champs magnétiques pour le cryptage au niveau du système, le traitement de l’information et le calcul. Et contrairement à certains ordinateurs mécaniques antérieurs, cet appareil peut s’enrouler autour de votre poignet.»

Un dispositif inspiré du calamar

L’écran est composé de minuscules billes qui agissent comme des pixels. Chaque bille possède un hémisphère orange et un hémisphère blanc. L’hémisphère orange contient des particules magnétiques microscopiques qui permettent à la bille de pivoter en présence d’un champ magnétique.

Zane Zhang, doctorant en science des matériaux et premier auteur de l’étude, a ajouté de son côté : «Si vous rendez les billes trop petites, les changements de couleur deviennent trop petits pour être visibles. Les sacs pigmentaires du calmar ont une taille et une distribution optimisées pour offrir un contraste élevé, nous avons donc adapté les pixels de notre appareil pour correspondre à leur taille.»

Comment Fonctionne ce Dispositif ?

La méthodologie repose sur l’utilisation de billes magnétiques qui agissent comme des pixels. Imaginez ces billes comme de minuscules aimants qui changent de couleur selon le champ magnétique appliqué. Ces billes peuvent basculer entre deux couleurs, orange et blanc, grâce à leurs propriétés magnétiques.

• Les pixels peuvent être programmés pour afficher une couleur spécifique en fonction du champ magnétique appliqué.
• L’orientation des pixels peut être modifiée avec un champ magnétique relativement faible pour ceux contenant des particules d’oxyde de fer.
• Pour les pixels contenant également du néodyme, un champ magnétique plus fort est nécessaire pour changer leur orientation.

Avantages par rapport aux technologies existantes

Comparé aux écrans électroniques traditionnels, l’écran magnétique offre plusieurs avantages :

• Consommation d’énergie réduite : L’écran ne nécessite de l’énergie que pour changer l’image, pas pour la maintenir.
• Durabilité accrue : L’absence de composants électroniques fragiles rend l’écran plus résistant aux chocs et aux conditions environnementales difficiles.
• Sécurité améliorée : Le cryptage magnétique offre une nouvelle couche de protection contre les tentatives d’accès non autorisé aux informations affichées.
• Flexibilité : L’écran peut s’enrouler autour du poignet ou s’adapter à différentes surfaces.
• Polyvalence : Un même écran peut afficher des images publiques ou privées selon le champ magnétique appliqué.

Un système de cryptage magnétique innovant

L’écran peut en effet afficher deux types d’images. Le premier type reste une image visible par tous lorsqu’il est placé près d’un aimant standard, tandis que le deuxième constitue une image cryptée privée lorsqu’il est exposé à un réseau complexe d’aimants agissant comme une clé de cryptage.

Abdon Pena-Francesch, professeur adjoint de science des matériaux et co-auteur de l’étude, a commenté les avantages en termes de sécurité : «Cet appareil peut être programmé pour montrer des informations spécifiques uniquement lorsque les bonnes clés sont fournies. Et il n’y a pas de code ou d’électronique à pirater. Cela pourrait également être utilisé pour des surfaces à changement de couleur, par exemple sur des robots camouflés.»

Une caractéristique unique de l’écran est sa capacité à être effacé et reprogrammé. En secouant l’écran, l’affichage s’efface, rappelant le fonctionnement d’un Etch-A-Sketch. Cependant, l’image reste encodée dans les propriétés magnétiques des billes à l’intérieur de l’écran et réapparaît lorsque l’écran est à nouveau exposé au champ magnétique approprié.

Les billes agissent comme des pixels en basculant entre leurs hémisphères orange et blanc. Les moitiés orange des billes contiennent des particules magnétiques microscopiques qui leur permettent de pivoter vers le haut ou vers le bas lorsqu’elles sont exposées à un champ magnétique, fournissant le contraste de couleur nécessaire pour afficher une image.

Les applications potentielles

Les chercheurs envisagent plusieurs domaines d’application pour leur écran flexible :

• Vêtements intelligents
• Étiquettes et codes-barres sécurisés
• Badges d’identification
• Liseuses électroniques
• Surfaces à changement de couleur pour la robotique

La technologie pourrait être particulièrement utile dans des situations où les sources de lumière et d’énergie sont encombrantes ou indésirables. Par exemple, l’écran pourrait être intégré à des vêtements pour afficher des informations sans nécessiter de batterie ou de source d’alimentation externe.

Défis techniques et futures améliorations

Malgré les progrès réalisés, les chercheurs reconnaissent qu’il reste des défis à relever pour améliorer la technologie. Et notamment en ce qui concerne la résolution de l’écran. Il faudrait alors augmenter le nombre de billes par unité de surface pour améliorer la qualité d’image. Ensuite accroitre la gamme de couleurs en faisant en sorte de développer des billes capables d’afficher plus de deux couleurs pour créer des images plus riches et détaillées. Enfin, il serait nécessaire d’élever la vitesse de rafraîchissement par l’optimisation du temps nécessaire pour changer l’image affichée.

Cette recherche permettrait à de nouvelles applications des matériaux magnétiques de voir le jour dans le domaine de l’affichage, du textile et du stockage d’informations. Les auteurs de l’étude ont d’ailleurs déposé une déclaration d’invention pour l’appareil.

Bien que encore au stade de la recherche, cette technologie présente un potentiel pour transformer la manière dont nous affichons et sécurisons les informations visuelles dans divers domaines d’application. Les prochaines étapes pourraient inclure la miniaturisation des composants, l’amélioration de la résolution de l’écran et l’exploration de nouvelles applications dans des domaines comme la sécurité et l’affichage d’informations dans des environnements difficiles.

Légende illustration : En plaçant l’écran devant un réseau d’aimants de différentes puissances, il est possible de réécrire les propriétés magnétiques des pixels dans des zones ciblées de l’écran. Différents réseaux d’aimants programmeront différentes images dans l’appareil. Crédit photo : Jeremy Little, Michigan Engineering

Article: « Janus Swarm Metamaterials for Information Display, Memory, and Encryption » – DOI: 10.1002/adma.202406149