Материал-хамелеон: ученые создали "кожу", меняющую цвет и текстуру

Кальмары и осьминоги — настоящие гении маскировки. Они могут за мгновение изменить и цвет, и текстуру своей кожи, сливаясь с морским дном. Учёные давно пытались повторить этот трюк в лаборатории, и, кажется, команде из Стэнфорда это удалось.

Они создали гибкий материал, способный за секунды «набухать», образуя микроскопический рельеф и переливаясь множеством цветов. Разрешение этих узоров тоньше человеческого волоса.

Работа, опубликованная в журнале Nature, сулит прорыв не только в создании динамического камуфляжа, но и в робототехнике, носимой электронике и даже современном искусстве.

«Текстуры крайне важны для нашего восприятия объектов, и то, как они выглядят, и то, как они ощущаются на ощупь, — говорит Сиддхарт Доши, докторант в области материаловедения и ведущий автор статьи. — Эти животные могут физически менять своё тело на уровне микронов, и теперь мы можем динамически управлять топографией материала — и связанными с ней визуальными свойствами — на том же масштабе».

Ключ к созданию динамических текстур лежал в неожиданном сочетании: техники электронно-лучевой литографии (обычно используемой для производства продвинутых полупроводников) и полимерной плёнки, которая разбухает, впитывая воду. Учёные обнаружили, что, обстреливая плёнку лучом электронов, можно контролировать степень набухания отдельных её участков. Так создаются детализированные узоры, которые проявляются только во влажном состоянии.

Что интересно, само открытие этого эффекта было делом случая. В рамках предыдущего проекта Доши использовал сканирующий электронный микроскоп для изучения наноструктур. Обычно образцы после такого «облучения» выбрасывают, но исследователь решил использовать их повторно. И в следующих экспериментах облучённые участки повели себя иначе и изменили цвет.

«Мы осознали, что можем использовать эти электронные лучи для контроля топографии на очень тонких масштабах, — вспоминает Доши. — Это определённо была удача».

Точность метода такова, что команда смогла создать наноразмерную реплику скалы Эль-Капитан в национальном парке Йосемити. В сухом состоянии плёнка абсолютно плоская, но стоит добавить воды — и монолит поднимается с поверхности. Также учёные создали текстуры, меняющие рассеяние света, что позволило получать поверхности от глянцевой до матовой — выглядит это куда реалистичнее, чем экраны современных смартфонов. Вернуть всё в исходное плоское состояние легко с помощью спиртового растворителя, который удаляет воду.

Ту же технологию применили для создания сложных, переключаемых цветовых узоров.

Когда разные плёнки объединили в многослойное устройство, получилось независимо управлять и цветом, и текстурой одновременно. Это позволило материалу маскироваться под фоновый узор почти так же ловко, как это делает осьминог (правда, пока не без некоторой ручной настройки).

Сейчас для точного соответствия фону исследователям приходится вручную подбирать комбинацию воды и растворителя. В будущем команда хочет интегрировать систему компьютерного зрения, которая сможет автоматически корректировать степень, чтобы материал сливался с любым фоном в реальном времени.

«Мы хотим управлять этим с помощью нейронных сетей — по сути, ИИ-системы, которая будет сравнивать „кожу“ и фон, а затем автоматически модулировать её для совпадения, без вмешательства человека», — делится планами Доши.

Источник.