Poznano sekret ośmiornic. Tak powstaje niezwykła skóra przyszłości

Elektroniczna skóra przyszłości: reaguje na polecenie

Opracowana przez zespół z Uniwersytetu Stanforda fotoniczna skóra rozwiązuje problem, z którym wcześniej nie radziła sobie żadna syntetyczna powłoka. Dotychczasowe materiały dynamicznie zmieniały zwykle tylko kolor lub teksturę. Nowe podejście umożliwia niezależną kontrolę nad obydwoma aspektami wyglądu jednocześnie. To krok w stronę prawdziwie adaptacyjnych powierzchni. O osiągnięciu informuje Nature.

Wzory, których nie widać. Dopóki nie zaczną działać

Pierwsza warstwa materiału odpowiada za kontrolę tekstury. Naukowcy wykorzystali w tym celu standardowe narzędzie do precyzyjnego „wypalania” wzorów – wiązkę elektronów. Dzięki niej na powierzchnię polimerowego filmu nanoszone są niewidoczne, zakodowane wzory.

Sekret tkwi jednak w reakcji na ciecz. Gdy materiał zanurzy się w odpowiedniej substancji, wówczas następuje reakcja miejscowego pęcznienia lub kurczenia. To właśnie ten proces fizycznie „wyciąga” na powierzchnię wcześniej zaprogramowaną fakturę – na przykład imitację piasku, skały lub skomplikowanej mikrostruktury. Zmiana cieczy powoduje natomiast, że wzór znika, co pozwala powtarzać cały proces wielokrotnie.

Kolor, który można „dostrajać” jak instrument

Druga funkcja, zmiana koloru, jest realizowana przez oddzielną, ale zintegrowaną warstwę. Sercem tego mechanizmu są mikroskopijne wnęki Fabry’ego-Pérot. Działają one jak rezonatory optyczne. Światło odbija się w nich wielokrotnie, a długość fali, która ulega wzmocnieniu, zależy od dokładnej odległości między ściankami wnęki.

Naukowcy kontrolują tę odległość z dużą precyzją za pomocą mikroprzepływów. To technologia pozwalająca na manipulowanie minimalnymi ilościami płynu. Poprzez wtłaczanie czy też usuwanie płynu z wnęk, można płynnie zmieniać kolor odbitego światła w szerokim spektrum. Daje to efekt podobny do dostrajania instrumentu. W tym wypadku każda zmiana „stroju” wnęki odpowiada innemu odcieniowi.

Najlepsi specjaliści od znikania nie są ludźmi

Inspiracją dla tej technologii jest przyroda, a konkretnie głowonogi – kałamarnice i ośmiornice. Ich skóra to naturalny, zaawansowany system dynamicznej zmiany wyglądu, łączący dwa niezależne mechanizmy:

• Brodawki skórne – mięśniowe wypustki, które błyskawicznie zmieniają fakturę skóry.
• Chromatofory – komórki barwnikowe, które rozszerzając się i kurcząc, zmieniają wzór i kolor.

Opracowana fotoniczna skóra stanowi syntetyczny odpowiednik tego systemu. Naśladuje bowiem jego podstawową zasadę: podwójną, równoległą kontrolę nad teksturą i barwą.

Co się stanie, gdy materiały zaczną się dostosowywać

Zespoły badawcze z całego świata dostrzegają ogromny potencjał tej technologii. Prof. Laura Na Liu z Uniwersytetu w Stuttgarcie w komentarzu dla Nature podkreśliła, że system niezależnie kontrolujący kolor i teksturę realizuje „jeden z najbardziej wyrafinowanych systemów kamuflażu w przyrodzie”.

Autorzy badania wskazują, że choć obecnie materiał może wyświetlać jeden zaprogramowany wzór, pracują nad zwiększeniem tej liczby. A w konsekwencji także umożliwieniem elektronicznej kontroli zmian. Siddharth Doshi, główny autor publikacji, mówi wprost o zastosowaniach:

Moglibyśmy również budować wyświetlacze, które fizycznie implementują żywe tekstury wraz z kolorem. Moglibyśmy nawet umożliwić urządzeniom wyświetlającym kamuflowanie się.

Roboty, budynki, ubrania. Wszystko może się zmieniać

Eksperci widzą zastosowania daleko wykraczające poza ekrany:

• Robotyka adaptacyjna. Doshi wskazuje, że jeśli syntetyczna skóra zostanie przymocowana do korpusu robota, ten mógłby się kamuflować. W ten sposób byłby się nie do odróżnienia od otaczających obiektów.
• Dynamiczna architektura. Philippe Lalanne, badacz nanofotoniki z Francji, mówi w artykule, że otwiera się ścieżka do tworzenia dóbr konsumpcyjnych lub budynków, które mogą zmieniać wygląd w niespotykany dotąd sposób. Wyobraża sobie budynek pokryty taką „skórą”, którego kolor i faktura elewacji mogłyby zmieniać się w zależności od światła słonecznego i temperatury.

Gdy natura projektuje lepiej niż inżynierowie

Inspiracja głowonogami nie kończy się na kamuflażu wizualnym. W 2024 roku zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine zaprezentował włókno naśladujące zasady działania chromatoforów kałamarnicy, które dostosowuje przepuszczalność cieplną do warunków pogodowych. To pokazuje, jak biologia inspiruje rozwiązania mające wpływ nie tylko na wygląd, ale i na funkcjonalność materiałów przyszłości.

Badanie opublikowane w Nature stanowi fundament dla tych wizji. Pokazuje, że przyszłość inteligentnych powłok to nie rzeczywistość filmów superbohaterskich i science fiction. To się dzieje. To powłoki, które nie tylko wyświetlają informacje. One potrafią się fizycznie przekształcić. A tym samym zmienić widzialny świat.

Polecamy również: Fale mózgowe cofają się jak w filmie. Nikt się tego nie spodziewał