ساخت قلم‌موی لیزری برای خلق شاهکارهای مینیاتوری
حدود 73000 سال پیش، یک هنرمند ناشناخته با استفاده از رنگهای معدنی، یک سری خطوط در هم و برهم قرمز را روی یک سنگ کشید و قدیمیترین نقاشی شناخته شده جهان، توسط هومو ساپینها را ایجاد کرد. شواهدی از شکلهای انتزاعی از گونههای انسانی اولیه، مانند الگوی زیگزاگی روی دیواره غارها توسط هومو ارکتوسها، ریشههای بالقوه هنر را در ضمیر انسان از گذشته تا کنون ترسیم میکند. در حالی که اشتیاق برای خلق هنرهای تجسمی بسیار قدیمی است و موادی مانند رنگ و زغال برای دهها هزار سال جزء ابزار اصلی هنرمندان بودهاند، امروزه نوآوریهای علمی، انواع مختلفی از مواد جدید را برای کار به هنرمندان معاصر ارائه داده است. مانند رنگهای اکریلیک مبتنی بر پلیمر و گرافیک رایانه‌ای برای خلق هنر دیجیتال. اکنون دانشمندان ابزاری جدید مبتنی بر لیزر را برای هنرمندان ابداع کردهاند تا نقاشی، پاک کردن و تغییر رنگ لکههای رنگی بر روی بوم فلزی را به میل خود انجام دهند. محققان با نشان دادن چگونگی استفاده از لیزر برای ایجاد شاهکارهای هنری، مرزهای بین علم و هنر را کم رنگتر کردند. تکنیک جدید نه تنها لکههایی رنگی، درست مانند رنگهای نقاشی، را روی فلز ایجاد میکند بلکه راهی برای تغییر یا پاک کردن رنگها نیز ارائه می‌دهد. وادیم ویکو[1]، رئیس یک تیم تحقیقاتی، از دانشگاه ITMO در روسیه در مورد روش نوینی که نقاشی با لیزر را به نمایش گذاشته است، این‌گونه توضیح می‌دهد: “ما با به‌کارگیری لیزر، روشی برای ایجاد رنگ موضعی روی بوم فلزی با استفاده از تکنیکی که فلز را تا حد تبخیر گرم میکند، ایجاد کردیم. با این رویکرد، یک هنرمند میتواند هنری مینیاتوری خلق کند که معنای پیچیدهای را نه تنها از طریق شکل و رنگ بلکه از طریق ریزساختارهای مختلف ناشی از لیزر بر روی سطح انتقال دهد.” درمقاله ای که در Optica، مجله انجمن نوری (OSA) برای تحقیقات با تأثیرات بالا منتشر شده است، ویکو و همكارانش نشان میدهند كه از ابزار جدید لیزری آن‌ها میتوان برای ایجاد نقاشیهای رنگی بی‌نظیر، از جمله نسخه مینیاتوری نقاشی “شب پرستاره” ون گوگ استفاده كرد. یاروسلاوا آندریوا[2]، عضو تیم تحقیق، اظهار امیدواری کرد که نقاشی با لیزر مورد توجه هنرمندان مدرن قرار گیرد و منجر به خلق نوع کاملاً جدیدی از هنر شود. این رویکرد همچنین میتواند برای طراحیهای مدرن و ایجاد اثرهای رنگی روی محصولات مختلف مورد استفاده قرار گیرد. این قلم لیزری، همان‌طور که آن‌ها آن را نام‌گذاری کردهاند، در حال تبدیل شدن به یک دستگاه دستی است که میتواند مانند یک قلم‌موی کلاسیک مورد استفاده قرار گیرد، اما بدون نیاز به رنگهای خارجی. آندریوا، گفت: “شاید بتوانیم طی 10 یا 15 سال آینده ببینیم كه هنرمندان با استفاده از ابزار ما انواع جدیدی از هنر را ساختند كه ساخت آن پیش از آن غیرممكن بود..” محققان حدود 30 رنگ مختلف با اکسیداسیون لیزر، از قرمز و زرد تا آبی و بنفش را تولید کردند.
نقاشی با نور
مطالعه جدید بر اساس کارهای قبلی است که در آن محققان نحوه استفاده از لیزر برای ایجاد رنگ بر روی تیتانیوم و فولاد ضد زنگ را بررسی کرده‌بودند. گالینا اودینتسوا[3]، یکی دیگر از اعضای این تیم، گفت: “ما میخواستیم بیشتر از یک پالت گسترده از رنگهای پایدار ارائه کنیم. بنابراین، تلاش کردیم تا ابزاری مناسب برای استفاده از آن‌ها مانند قلم‌موی هنرمند ایجاد کنیم.” در این روش جدید، محققان فلز را تا حدی گرم میکنند که شروع به تبخیر میکند – بسیار بالاتر از دمای ذوب مورد استفاده در مطالعات قبلی. با خنک شدن فلز، یک فیلم بسیار نازک از اکسید فلز تشکیل میشود. فیزیک این اثر- پدیدهای به نام تداخل لایه نازک است- همان چیزی است که باعث درخشندگی نور یک فیلم روغنی روی یک گودال آب میشود. در مورد روغن و آب، یک موج نور ورودی از سطح بالای لایه روغن منعکس میشود، در حالی که دیگری از سطح آب منعکس میشود. چگونگی تداخل امواج به ضخامت فیلم و همچنین عوامل دیگری مانند خصوصیات نوری روغن و آب بستگی دارد. با این قلم لیزری، رنگ با تداخل بین نور منعکس شده از بالای لایه اکسید و سطح فلز تولید میشود. با استفاده از پارامترهای مختلف لیزر، آندریوا و همکارانش میتوانند دمای دقیق دستگاه را کنترل کنند تا فلز کمتر و یا بیشتر تبخیر شود تا لایههای اکسید با ضخامت دقیق و دلخواه تولید شود. بر اساس توضیحات آدریوا محقق تیم، بسته به ضخامت لایه اکسید شده، رنگهای مختلفی را میتوانیم ببینیم. بنابراین اگر لایه ضخیم باشد، میتوانید آبی یا آبی روشن و اگر نازک باشد، میتوانید قرمز یا نارنجی راببینید.”.
شکل 1. شماتیک قلم‌مو لیزری و تصاویر کوچک از لکههای رنگی.
اودینتسوا افزود: “افزایش دامنه گرمایش لیزر برای ایجاد فرآیند تبخیر، رنگهای ما را برگشت‌پذیر، قابل بازنویسی، پاک کردن و بسیار کارآمدتر میکند. نرخ لکه‌گذاری ما بیش از 10 برابر سریع‌تر از گزارش قبلی است.”
رنگ پاک‌شونده
محققان با استفاده از یک سیستم فیبر ایتربیم نانوثانیه مجهز به اسکنر گالوانومتریک، لکههایی را ایجاد میکنند که با ترکیب خصوصیات سطح و اثرات نوری، باعث ایجاد 9 رنگ اساسی میشود. گذر لیزر برای بار دوم با نرخ اسکن سریع‌تر، میتواند رنگ یک ناحیه را پاک کند و یا تغییر دهد. آن‌ها نشان دادند که رنگ سطح مناطق پاک‌شده، از یک سطح غیر رنگ شده قابل تشخیص نیست و میتوان چندین بار رنگها را پاک و دوباره ایجاد کرد، بدون اینکه بر روی رنگ حاصل تأثیر بگذارد.
شکل 1. شماتیک ایجاد و پاک‌کردن رنگ با ا
ستفاده از قلم‌موی لیزری
آن‌ها از این قلم‌موی جدید لیزری برای ساخت نسخه 3*2 اینچی “شب پر ستاره” در عرض فقط 4 دقیقه استفاده کردند. این گروه همچنین آثار هنری خاصی را برای نشان دادن ترکیب و پاک کردن رنگ، ایجاد کردند. محققان خاطرنشان میکنند که تصاویر ساخته شده با استفاده از این روش نقاشی لیزری در برابر آسیب‌های محیطی شدید و مواد شیمیایی بسیار مقاوم هستند و به هیچ نوع نگهداری خاصی نیاز ندارند.
محققان مایلند قابلیتهای جدید نقاشی لیزری خود را در ابزارهای دستی بگنجانند که بتواند مانند قلم یا قلم‌مو برای ایجاد تصاویر یا نقاشیهای رنگارنگ روی فلزات یا ورقههای فلزی مورد استفاده قرار گیرد. این روش همچنین میتواند برای افزودن نانوساختارها و مواد ترکیبی یا شبکهبندیهای دوره‌ای سطوح برای دستیابی به انواع جلوههای نوری استفاده شود.
سباستین کوکرکا[4]، مهندس تحقیق در موسسه انفورماتیک مکس پلانک، خاطرنشان میکند که امکان تغییر انتخاب رنگ در مناطقی که از قبل با لیزر مشخص شده‌اند، فواید زیادی دارد. به عنوان مثال، ممکن است هزینههای نمونه‌سازی و تولید را با کاهش ضایعات مواد، کاهش دهد. علاوه بر این، پاک‌کردن مناطق رنگ شده امکان هیجان‌انگیزی در مورد استفاده مجدد از مواد را فراهم میکند، و این روش را با محیط زیست سازگارتر میکند.”
منابع:
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-04/tos-rul041921.php
https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-8-5-577&id=450302
https://www.insidescience.org/news/laser-paintbrush-creates-works-art-titanium
[1] Vadim Veiko
[2] Yaroslava Andreeva
[3] Galina Odintsova
[4] Sebastian Cucerca