Новый материал-«хамелеон» меняет цвет и текстуру за секунды, подражая коже осьминога
Инженеры из Стэнфордского университета разработали мягкий материал, способный менее чем за десять секунд обратимо менять цвет и рельеф своей поверхности. По принципу действия он близок к коже осьминогов и каракатиц, которые могут мгновенно маскироваться, изменяя не только окраску, но и текстуру тела. Результаты опубликованы в Nature, пишет Еarth.com.
Команда создала так называемую «фотонную кожу» — тонкую синтетическую оболочку с узорами размером меньше толщины человеческого волоса. В сухом состоянии эти структуры невидимы, однако при контакте с жидкостью поверхность начинает набухать: появляются микроскопические гребни, впадины и цветные пятна.
В основе материала лежит проводящий полимер PEDOT:PSS, широко используемый в электронике. Исследователи обнаружили, что молекулы воды могут проникать между полимерными цепями, вызывая локальное набухание. Неожиданно выяснилось, что участки, подвергшиеся воздействию электронного пучка при микроскопии, ведут себя иначе: они меньше набухают и при увлажнении формируют устойчивый рельеф. Этот эффект удалось целенаправленно воспроизвести с помощью электронно-лучевой литографии, которая позволяет «записывать» узоры с точностью до одного микрона.
При увлажнении жидкость глубже проникает в зоны с меньшей дозой облучения, и плоская поверхность превращается в рельефную. Изменение рельефа влияет и на оптические свойства. Микровыступы рассеивают свет, делая поверхность матовой, тогда как более гладкие участки отражают его зеркально. Регулируя высоту и расстояние между элементами, инженеры могут менять блеск без использования пигментов. Цвет формируется за счет интерференции света между тонкими металлическими слоями — по принципу резонаторов Фабри–Перо, где расстояние между слоями определяет длину отражаемых волн.
Испытания показали, что после 250 циклов увлажнения и высыхания материал сохраняет контраст и быстро возвращается в исходное состояние. При этом конструкция остается гибкой и допускает многослойную сборку: один слой может отвечать за текстуру, другой — за цвет. Управление подачей воды и спирта осуществляется через микроканалы, позволяя точно дозировать набухание без механического давления.
Изменяемая текстура влияет не только на внешний вид, но и на трение: поверхность может становиться более «липкой» или, наоборот, скользкой. Это открывает возможности для робототехники, адаптивных покрытий и биомедицинских устройств, где рельеф поверхности влияет на прикрепление и рост клеток.
Авторы отмечают, что для практического применения потребуются более безопасные рабочие жидкости и автоматизация управления, возможно с использованием нейросетей. Тем не менее уже сейчас разработка демонстрирует, как сочетание набухающих полимеров и нанолитографии позволяет на одном гибком материале управлять цветом, текстурой и тактильными свойствами — приближая инженеров к искусственной «коже» животных.
