Осьминоги и каракатицы способны за мгновения изменять цвет и текстуру своей кожи, сливаясь с окружающей средой. Ученые давно стремились воспроизвести этот эффект в материалах, и теперь им это удалось.
Группа исследователей из Стэнфорда разработала гибкий полимерный материал, который может быстро изменять свою поверхность и цвет, создавая структуры, меньшие по размеру, чем человеческий волос. «Эти существа физически трансформируют свои тела с точностью до микрона, и теперь мы можем динамически контролировать топографию материала — и соответствующие визуальные характеристики — в том же масштабе», — отмечает один из авторов исследования, аспирант Сиддхарт Доши.
Разработка технологии произошла отчасти случайно. Доши проводил исследования над наноструктурами на полимерной пленке с использованием сканирующего электронного микроскопа, а затем повторно использовал те же образцы. Выяснилось, что области, обработанные электронным пучком, ведут себя иначе, в частности, впитывают воду, по сравнению с участками, которые не подвергались облучению. «Мы осознали, что можем использовать электронные пучки для управления рельефом на очень мелком уровне. Это определенно было неожиданным открытием», — признает Доши.
Принцип работы следующий: с помощью электронно-лучевой литографии — технологии, широко применяемой при производстве микросхем — ученые формируют на полимерной пленке участки с различной способностью впитывать воду. Когда пленка увлажняется, эти области деформируются неравномерно, и на поверхности возникают сложные трехмерные узоры. В сухом состоянии материал остается абсолютно гладким. Специалисты даже создали в миниатюре скалу Эль-Капитан из Йосемити — рельеф буквально «вырастает» из плоской поверхности при добавлении воды и исчезает после обработки растворителем.
Регулируя степень набухания, можно изменять не только рельеф, но и оптические характеристики материала — «переключаться» между глянцевой и матовой поверхностью. Если же разместить тонкие металлические слои с обеих сторон пленки, то образуются резонаторы Фабри-Перо, которые излучают световые волны определенной длины. При расширении и сжатии пленки цвета меняются, превращая однотонную поверхность в яркую палитру узоров.
«Появление мягких материалов, которые могут изменять свои размеры и форму, может стать основой для создания совершенно новых инструментов в области оптики», — подчеркивает один из руководителей проекта, профессор Марк Бронгерсма.
На данный момент настройка нужного цвета и текстуры для маскировки требует ручного вмешательства, но команда активно работает над автоматизацией этого процесса с помощью компьютерного зрения и нейросетей, которые смогут анализировать окружающую среду и адаптировать материал в реальном времени. Потенциальные области применения этой разработки выходят далеко за пределы камуфляжа: инновационный материал может быть использован для управления трением в микроробототехнике, создания гибких дисплеев для носимых устройств, в биоинженерии и даже в искусстве.
Фото: hi-tech.mail.ru