1769142605
2026-01-23 03:59:00
За время, необходимое для моргания, осьминоги и каракатицы могут, казалось бы, исчезнуть в подводной среде, изменив цвет и текстуру своей кожи. Однако копирование этой тактики двойного камуфляжа в синтетических материалах уже давно ставит инженеров в тупик.
Исследователи из Стэнфорда начали разгадывать код, разрабатывая программируемую полимерную пленку, которая может быстро набухать, приобретая разные цвета и текстуры. Команда под руководством сотрудников Лаборатории перспективных материалов Гебалле опубликовано свои выводы в журнале Nature от 7 января, в которых описывается вдохновленная каракатицей «фотонная кожа» и ее потенциал изменить подходы к камуфляжу, робототехнике и технологиям отображения.
«В природе есть так много невероятных и хитрых вещей, которые вы не сможете предвидеть, пока не присмотритесь», — сказал Николас Мелош, профессор материаловедения и инженерии и старший автор статьи.
Чтобы создать пленки с контролируемой текстурой, исследователи использовали электронно-лучевую литографию, направляя лучи электронов на полимер PEDOT:PSS, чтобы кодировать узоры и определять поведение его набухания. При помещении в воду полимер набухает, приобретая запрограммированную топографию, образуя такие особенности, как неровности и волны; в изопропиловом спирте полимер возвращается в исходное состояние, что делает процесс полностью обратимым.
Команда продемонстрировала сложность фильма, создав копию скального образования Эль-Капитан в Йосемити. Узоры также могут быть закодированы в микрометровом масштабе, чтобы контролировать отделку поверхности, например, блеск и матовость — свойства внешнего вида, которые исследователи описывают как «недоисследованные» и которыми каракатицы естественным образом пользуются.
Таким образом, использование полимерной пленки в компьютерных дисплеях может сделать дисплеи более «живыми» за счет добавления динамических поверхностных характеристик наряду с цветом, по словам ведущего автора Сиддхарта Доши, постдока Калифорнийского технологического института, который был доктором философии на шестом курсе. студент факультета материаловедения на момент публикации.
Программируемая поверхность стала неожиданным открытием, сказал Доши. Работая над более ранним проектом, он решил не выбрасывать старый образец полимера PEDOT:PSS, который подвергся воздействию электронных лучей сканирующего электронного микроскопа (SEM). Вместо этого он наблюдал за набуханием полимера, отмечая области дефектов, вызванных воздействием электронов. Лишь по настоянию наставника и нескольким ранним, «неудачным» экспериментам Доши обратился к электронно-лучевой литографии для точного формирования рисунка на полимере.
Исследователи также использовали свойство набухания полимера для динамического контроля цвета. Они поместили тонкие металлические слои по обе стороны полимера так, что по мере того, как он набухал до запрограммированной топографии, расстояние между этими двумя зеркальными слоями менялось. В зависимости от расстояния зеркала будут отражать свет разной длины, создавая определенные цветовые узоры на пленке. После нанесения воды на полимер 90% изменения цвета происходит менее чем за 10 секунд.
Цвета можно дополнительно настроить, нанеся на полимер определенную смесь спирта и воды, получив доступ к промежуточным цветовым комбинациям, закодированным между полностью набухшим и ненабухшим состояниями полимера.
«На самом деле мы можем охватить приличный диапазон цветов», — сказал Доши. «Но получить действительно точный оттенок зеленого, а затем добиться определенной темноты, яркости, интенсивности или насыщенности цвета с нашей системой все еще довольно сложно».
Одновременного и независимого контроля цвета и текстуры можно добиться с помощью двухслойного устройства, в котором одна сторона куска стекла или пластика содержит полимерную пленку для контроля текстуры, а другая сторона — пленку для контроля цвета. Устройство может отображать как цвет, так и текстуру, только текстуру, только цвет или ни то, ни другое.
Теперь, когда он разработал физическую кожу, Доши сосредоточен на том, как лучше всего ее контролировать.
«Например, каракатица способна добиться такого красивого камуфляжа и создать такой сложный внешний вид не только благодаря своей коже, но и потому, что у нее очень интересный мозг и интересная нервная система», — сказал Доши.
Каждая клетка кожи каракатицы контролируется нейроном, и синтетическое воспроизведение целых узоров, подобных каракатицам, потребует точного контроля над тысячами пикселей, сказал Мелош. Чтобы решить эту проблему, исследователи сейчас изучают «натуралистические» нейронные интерфейсы для управления отдельными пикселями без необходимости использования тысяч проводов.
По словам Мелоша, полимерная пленка также может использоваться в дисплеях носимых устройств – например, в небольших и гибких кожных пластырях, которые могут измерять пульс или уровень кислорода в крови. Гибкость и стабильность материала в воде также могут сделать его пригодным для использования в крошечных линзах, вставляемых в вены или кишечник для обнаружения заболеваний.
«Одна из забавных вещей в выполнении подобных проектов — это просто увидеть разнообразие и умные решения, которые придумала природа, а затем попытаться воспроизвести некоторые из них самостоятельно», — сказал Мелош. «А потом посмотрим, куда они пойдут после этого».
#Исследователи #из #Стэнфорда #разработали #фотонную #кожу #которая #может #маскироваться #под #осьминога
Ещё по этой теме
