Kunagi ammu, kui lugemine vajas veel õppimist, lauldi kassist, kes õpetas lapsi lugema. Ja sellel kassil olid kriimud silmad. Kuid inimene pidi kassiga ikkagi

10 000 aastat koos elama, et teada saada, miks ta silmad tunduvad kriimud. Kassidel on nimelt silmapõhjas kile, tapetum lucidum, mis peegeldab võrkkestale lisavalgust. Nõnda näeb ta öösel seitse korda nõrgemat valgust kui inimene, päeval aga meist kehvemini.

Ka liblika, kiili või kõige tavalisema sitasitika seas on liike, kes on miljonite aastate vältel välja arendanud oma keha pinnal omapärase ereda, eriti kaugele paistva ja justkui igas suunas leviva värvuse.

Nüüd on sellist omadust hakatud rakendama mitte ainult teekatte märgistuses. Seda püütakse juurutada ka mobiiltelefonides või mis tahes elektrooniliste seadmete ekraanides.


Paabulind kui nanotehnoloog

Meie jaoks eksootilised troopilised liblikad, morfiidid paistavad eresiniselt paari kilomeetri kaugusele, ja seda mitte tiibade värvipigmendi tõttu, vaid tänu valguse interferentsi oskuslikule kasutamisele. Seda iirisvärvumise ehk virvendamise oskust jagavad ka meile lähemal elavad loomad, nimelt mõned mardikad, kes sädelevad meile vastu sinilillarohelistes värvides.

Nüüd on teadusesuund, mida nimetatakse bioinspiratsiooniks, siirdunud sügavale mikromaailma. Ent selline reis ei olnud võimalik enne, kui 1965. aastal leiutati skaneeriv elektronmikroskoop, mis avas meie silmad muu hulgas ka liblikatiiva tegeliku ülesehituse mõistmiseks.

Vene soost Ameerika kirjanik Vladimir Nabokov oli ka kirglik asjaarmastajast liblikauurija, kes sõnas: “Tundub, et maailma dimensionaalses skaalas on delikaatne kohtumispaik, kus saavad kokku kujutlusvõime ja teadmine, paik, mis saabub, kui suured asjad vähenevad ja väikesed suurenevad – ja see on olemuselt kunstipärane.”

Liblika ja mardika tiivad muudavad värvi, kui vaatame neid eri nurkade alt. Nõnda teevad ka paabulinnu sabasuled. Oma igapäevaeluski näeme eluta esemete iirisvärvumist – näiteks kompaktkettal, krediitkaardil, seebimullil. Üldjoontes selgitas nähtuse olemuse juba Isaac Newton: tegu on strukturaalse värvusega, mis kaob, kui näiteks linnusulg vette või õlisse pista, kuid ilmub jälle lagedale, kui see ära kuivab.

Iirisvärvumine tuleb sellest, et objektile langev valgus peegeldub tagasi mitte ainult ühelt välispinnalt, vaid ka sügavamal asuvatelt mikromõõtmetega peegelduspindadelt. Ja ülemistelt kihtidelt peegeldunud valguslained kombineeruvad alumistelt tulnutega, võimendades nõnda üht või teist värvust ja kustutades kolmandaid.

Paabulinnu sabasuled või liblika tiib on tõeliselt nanotehnoloogiline moodustis, ent siin on nanotehnoloogiks olnud looduslik valik, mitte iniminseneri mõte. Liblikatiiva ehitust kirjeldati üksikasjalikult alles 1972. aastal. Paarikümnesentimeetrise tiivasiruulatusega troopikaliblikas Morpho rhetenor on andnud eeskuju näiteks Jaapani korporatsioonile Teijin, mis valmistas istmekatted ühele Nissani automudelile.

Kuid kangas nimega Morfotex jääb ometi liblikale alla – see ei muuda sõltuvalt vaatenurgast oma värvust, vaid ainult eredust. Morfotex kasutab 61 kilet, mis on tehtud nailonist ja polüestrist, mille murdumisnäitajad erinevad üksteisest vähe. Liblikas aga mängib kitiini ja õhu murdumisnäitajate erinevusel.

Säästvamad ja kiiremad

Hiljuti tuli USA San Diego firma Qualcomm lagedale ideega rakendada mobiilses elektroonikas uut tüüpi ekraane ehk displeisid. Neid kutsutakse interferomeetrilise modulaatori displeideks, lühendiks IMOD. Selles kasutatakse mikrostruktuuride selliseid järjestusi, mis tekitavad iirisvärvumise efekti umbes nii, nagu see tekib liblikatiibades.

Uut tüüpi displeid pole mitte ainult võluvamad, vaid neil on ka tehnoloogilisi eeliseid. Nii näiteks säästavad nad patareid, vajades vähem voolu. Vedelkristalle ei saagi lihtsalt lugeda, ilma et neid tagant ei valgustataks. IMOD aga peegeldab valgust, mis ruumis niigi olemas. Nõnda tarbib see vaid kümnendiku energiast, mida vajab vedelkristall. Ning päikesevalguses muutuvad nad paremini nähtavaks.

IMOD-i rakud suudavad sisse-välja lülituda kümne mikrosekundi tagant, see on tuhat korda kiiremini kui vedelkristallid, mis teeb need kohasemaks videosüsteemide jaoks. Muidugi on vedelkristallidele ka teisi alternatiive, nagu orgaanilised valgusdioodid või elektroforeetilised e-paberid.

IMOD-i idee tuli Massachusettsi tehnoloogiainstituudi elektriinseneril Mark Milesil 1984. aastal. Kuid selle teostamiseks oli vaja välja mõelda, kuidas mikrostruktuure manipuleerida, kontrollida valguse neeldumist ja peegeldumist.

Siis selgus, et selline seade on juba ammu olemas. See kannab Fabri-Pérot’ interferomeetri nime ja kujutab endast kahe paralleelse pinna vahel olevat õõnsust. Sellele langenud valge valgus peegeldab alumiselt pinnalt hulgakordselt ja seetõttu mõned värvused kustuvad, teised aga võimenduvad. Kõik see sõltub õõnsuse paksusest. Põhimõte on lihtne, kuid säherdusi õõnsusi tuleb paigutada kõrvuti tohutu hulk, ja need pole just liiga suured, vaid pigem valguse lainepikkusega võrreldavad, läbimõõdus vähem kui 100 mikromeetrit.

Miles tuli mõttele kasutada interferomeetrikeste liigutamiseks mikromehhaanilisi süsteeme, mis on ränil põhinevad masinakesed ja mis mõeldi välja 1970. aastatel. Need on ränikihile graveeritud mikroskoopilised struktuurid, mis kujutavad endast tillukesi vedrusid, kanaleid, hammasrattaid, konsoole.

Esimesed IMOD-seadmed olid abitud, kuid tõotasid võimalikku kommertsedu.

Muidugi ei anna vedelkristallifirmad alla. Olukord on umbes sama nagu autotööstuses, kus naftapõhiselt kütuselt mõnele muule suundumine kohtab väga hästi rahastatud vastupanu.

Siiani on valmistatud vaid kahevärvilisi tooteid, näiteks must kiri kuldsel taustal. Esimesena hakkab neid kasutama Korea firma Ubixon oma seadmetes, mis võimaldavad mobiiltelefonidega ja digitaalsete pleieritega traadita suhelda. Kuid leidurid on enesekindlad ja ennustavad uutele ekraanidele läbimurret.