Dzięki skurczowi mięśni trwającemu ułamek sekundy ośmiornica większa może zmienić rozmiar i kolor wzorów imienników na swojej skórze w celu oszustwa, kamuflażu i sygnalizacji. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine zainspirowali się tym cudem natury, aby opracować platformę technologiczną o podobnych możliwościach do zastosowania w różnych dziedzinach, w tym w wojsku, medycynie, robotyce i zrównoważonej energii.
Według twórców nowe urządzenia powstałe dzięki tej innowacji będą korzystać z dynamicznie regulowanych właściwości fluorescencyjnych i spektroskopowych, łatwości produkcji i możliwości skalowania do obszarów wystarczająco dużych, aby pokryć pojazdy, billboardy, a nawet budynki. To stworzenie inspirowane biologią jest przedmiotem badania opublikowanego niedawno w Nature Communications.
Hapalochlaena lunulata to gatunek ośmiornicy występujący w zachodnim Pacyfiku i Oceanie Indyjskim. Używa jadu neurotoksyn, aby ogłuszyć swoją ofiarę i może odstraszyć drapieżniki błyskiem niebieskich pierścieni. Te opalizujące kręgi na brązowym tle na skórze stworzenia zwróciły uwagę badaczy z UCI.
„Jesteśmy zafascynowani mechanizmami leżącymi u podstaw zdolności ośmiornicy niebieskoobrączkowanej do szybkiego przełączania śladów na skórze między stanem ukrytym a odsłoniętym” – powiedział starszy współautor Alon Gorodetsky, profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej na UCI. „W ramach tego projektu pracowaliśmy nad naśladowaniem naturalnych zdolności ośmiornicy za pomocą urządzeń wykonanych z unikalnych materiałów, które zsyntetyzowaliśmy w naszym laboratorium, w wyniku czego powstał inspirowany ośmiornicą system oszustwa i sygnalizacji, który jest łatwy do wyprodukowania i działa przez długi czas po uruchomieniu w sposób ciągły, a nawet może się samonaprawiać w przypadku uszkodzenia.”
Architektura innowacji wymaga cienkiej warstwy składającej się z pomarszczonych niebieskich pierścieni otaczających brązowe kółka – podobnie jak te na ośmiornicy – umieszczonej pomiędzy najwyżej położoną przezroczystą elektrodą przewodzącą protony i znajdującą się pod spodem membraną akrylową, z drugą identyczną elektrodą pod spodem.
Dalsza twórczość techniczna badaczy ma miejsce na poziomie molekularnym, gdy badają zastosowanie acenów, czyli związków organicznych składających się z liniowo skondensowanych pierścieni benzenowych. Według Gorodetsky'ego wykorzystane przez zespół designerskie cząsteczki nonacenopodobne (z dziewięcioma liniowo skondensowanymi pierścieniami) pomagają zapewnić platformie niektóre z jej wyjątkowych możliwości.
„W przypadku naszych urządzeń opracowaliśmy koncepcję i zaprojektowaliśmy cząsteczkę podobną do nonacenu o unikalnej architekturze” – powiedziała współautorka Preeta Pratakshya, która niedawno uzyskała stopień doktora. na Wydziale Chemii UCI. „Aceny to organiczne cząsteczki węglowodorów posiadające szereg korzystnych właściwości, w tym łatwość syntezy, przestrajalne właściwości elektroniczne i kontrolowane właściwości optyczne”.
Dodała: „Nasze cząsteczki nonacenopodobne są wyjątkowe wśród acenów, ponieważ mogą przetrwać lata przechowywania w powietrzu i ponad dzień ciągłego napromieniania jasnym światłem w powietrzu. Żaden inny ekspandowany acen nie wykazuje tak połączonej długoterminowej stabilności w tak trudnych warunkach .”
Według Gorodetsky'ego rodzaj cząsteczek użytych do wytworzenia kolorowej niebieskiej warstwy pierścieniowej nadaje urządzeniom najkorzystniejsze cechy, w tym regulowane właściwości spektroskopowe, łatwość produkcji na stole laboratoryjnym i stabilność w atmosferze otoczenia pod oświetleniem.
„Nasz współautor, Sahar Sharifzadeh, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Bostońskim, wykazał, że właściwości cząsteczek reagujące na bodźce można przewidzieć obliczeniowo, co otwiera ścieżki dla projektowania in silico innych technologii kamuflażu” – powiedział Gorodetsky.
W testach laboratoryjnych, z których wiele przeprowadzono w Kalifornijskim Instytucie Telekomunikacji i Technologii Informacyjnych UCI, zespół odkrył, że urządzenia inspirowane biologią mogą zmieniać swój widoczny wygląd ponad 500 razy z niewielką lub żadną degradacją, a także mogą samodzielnie naprawiać się bez użycia użytkownika. interwencja.
Według Gorodeckiego wykazano, że wynalazek posiada pożądaną kombinację możliwości w zakresie ultrafioletu, światła widzialnego i bliskiej podczerwieni części widma elektromagnetycznego. Umożliwiłoby to urządzeniom ukrywanie innych obiektów przed wykryciem lub potajemne wysyłanie sygnałów do obserwatorów.
„Odporność fotofizyczna i ogólna przetwarzalność naszej cząsteczki nonacenowej – i przypuszczalnie jej wariantów – otwiera możliwości przyszłych badań tych związków w kontekście tradycyjnych systemów optoelektronicznych, takich jak diody elektroluminescencyjne i ogniwa słoneczne” – dodał Gorodetsky.
Do Gorodetsky'ego i Pratakshyi w tym badaniu dołączyli Chengyi Xu, Panyiming Liu, Reina Kurakake i Robert Lopez z Wydziału Nauki i Inżynierii Materiałowej UCI; David Josh Dibble i Anthony Burke z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Biomolekularnej UCI; Philip Denison z Wydziału Chemii UCI; oraz Aliya Mukazhanova i Sharifzadeh z Uniwersytetu Bostońskiego. Biuro Badań Marynarki Wojennej, Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w dziedzinie Obronności i Narodowa Fundacja Nauki zapewniły wsparcie finansowe.