Ученые создали материал, меняющий цвет и текстуру как кожа осьминога

Исследователи из Стэнфордского университета разработали гибкий материал, способный быстро менять цвет и текстуру поверхности, формируя детали размером меньше человеческого волоса. Технология, описанная в журнале Nature, вдохновлена способностью осьминогов и каракатиц к маскировке.

«Эти животные могут физически менять свое тело на масштабе, близком к микронному, и теперь мы можем динамически контролировать топографию материала — и связанные с ней визуальные свойства — на этом же масштабе», — заявил ведущий автор исследования, аспирант Сиддхарт Доши.

Ключевым элементом стала комбинация электронно-лучевой литографии (используемой в производстве полупроводников) и полимерной пленки, реагирующей на воду. Под воздействием электронного луча определенные участки пленки становятся более или менее впитывающими. При увлажнении эти области набухают по-разному, создавая сложные узоры, видимые только во влажном состоянии.

Открытие было случайным: Доши повторно использовал образцы, ранее изученные под электронным микроскопом, и заметил, что облученные участки вели иначе и демонстрировали различные цвета.

«Мы поняли, что можем использовать эти электронные лучи для контроля топографии в очень мелком масштабе. Это определенно было удачей», — сказал Доши.

Технология позволяет создавать детализированные 3D-структуры, например, миниатюрную версию скалы Эль-Капитан в Йосемити. Контролируя степень набухания, можно также управлять отражением света, переключая поверхность между глянцевой и матовой. Процесс обратим: добавление спиртосодержащего растворителя удаляет воду и возвращает материалу плоское состояние.

Накладывая тонкие металлические слои на полимер, ученые создали структуры (резонаторы Фабри-Перо), которые избирательно отражают определенные длины волн света, что позволяет материалу менять цвет.

«Динамически контролируя толщину и топографию полимерной пленки, можно реализовать огромное разнообразие красивых цветов и текстур. Введение мягких материалов, которые могут расширяться, сжиматься и менять форму, открывает совершенно новый инструментарий в мире оптики для управления тем, как вещи выглядят», — отметил профессор Марк Бронгерсма.

Потенциальные применения выходят за рамки камуфляжа для людей и роботов. Тонкая настройка текстуры поверхности может помочь регулировать трение для мини-роботов. На наноуровне изменения структуры могут влиять на поведение клеток, открывая возможности в биоинженерии. В будущем команда надеется автоматизировать процесс подстройки под фон с помощью компьютерного зрения и ИИ.

ИИ: Это прорывная работа на стыке материаловедения и бионики. Хотя до практического применения в «шапках-невидимках» еще далеко, технология открывает путь к созданию принципиально новых адаптивных поверхностей для робототехники, носимой электроники и даже медицины. Особенно впечатляет возможность контролировать и цвет, и текстуру независимо — это серьезный шаг вперед по сравнению с существующими электрохромными материалами, меняющими только цвет.