Случайное открытие подтолкнуло учёных к созданию материала-хамелеона с электронной регулировкой

Быстрое и управляемое переключение свойств поверхности между цветами, текстурой и формой — это ли не мечта о настоящем камуфляже? Такая технология также может помочь создать дисплей с естественными цветами и найти применение во множестве других областей, где востребованы динамические изменения текстуры и цвета поверхности, например в робототехнике. Удивительно, но материал с такими свойствами был открыт совершенно случайно.

Открытие сделали учёные из Стэнфордского университета (Stanford University), которые под электронным микроскопом изучали влияние электронно-лучевой литографии на полимеры. Один из образцов повёл себя необычно — под воздействием излучения он изменил свои абсорбирующие свойства по отношению к воде. В свою очередь, набухший от вобранной влаги образец стал выглядеть иначе и изменил цвет. Этот эффект оказался обратимым.

Эксперименты показали, что поверхность этого полимера, который уже активно используется в электронной промышленности и при производстве солнечных панелей, впервые демонстрирует одновременное управление оптическими и тактильными свойствами. В предыдущих экспериментах материалы разделяли эти свойства. Продолжение опытов доказало, что эффекты поддаются точной настройке для получения заданных характеристик поверхности — цвета, формы и текстуры.

С помощью методов электронно-лучевой литографии учёным удалось создавать на поверхности микроскопические структуры, которые по-разному рассеивали свет в зависимости от состояния материала. Основной механизм изменений заключался в том, что полимер набухал при контакте с водой, что вело к изменению нанометрового рельефа его поверхности и, как следствие, приводило к изменению цвета и текстуры. Обратное возвращение к исходному состоянию достигалось при взаимодействии с другими жидкостями, например с растворителями на основе спирта — воду из материала нужно было просто удалить.

Обнаруженное свойство материала-хамелеона делает его аналогом природных систем мимикрии, таких как кожа осьминога и других головоногих, которые используют изменения цвета и текстуры кожи для маскировки и коммуникации. Подчеркнём, оба этих свойства впервые были выявлены в одном-единственном материале, что в будущем упростит практическую реализацию открытия.

Перспективные области применения этой технологии включают создание искусственной кожи и адаптивных поверхностей для роботов, носимых устройств, биоинженерных материалов, а также динамических камуфляжных систем. Учёные также рассматривают возможность интеграции системы с нейросетями и компьютерным зрением для автоматической адаптации внешнего вида материала к окружающей среде в реальном времени.