Ученые Стэнфордского университета представили гибкий материал, который может за считанные секунды менять цвет и микрорельеф поверхности с точностью тоньше человеческого волоса. По сути, это искусственная «кожа», способная физически перестраиваться, а не просто выглядеть иначе. Работа опубликована в журнале Nature.
В основу разработки легла полимерная пленка, которая набухает при поглощении воды. Исследователи использовали электронный пучок, чтобы локально изменить способность материала впитывать влагу. В сухом состоянии пленка остается идеально ровной. При добавлении воды отдельные участки поднимаются или опускаются, образуя заданные узоры и текстуры на микронном уровне.
Идея выросла из наблюдения, когда аспирант Сиддхарт Доши заметил, что участки пленки, ранее изученные в электронном микроскопе, после контакта с водой начинали вести себя иначе и менять цвет. Это показало, что электронный пучок можно использовать не только для съемки, но и для точного управления формой материала. В результате команда смогла создавать структуры с высокой детализацией — вплоть до миниатюрной копии скалы Эль-Капитан, которая «проявляется» при увлажнении.
Цвет в этой системе связан с физикой света. Тонкие металлические слои по обе стороны пленки формируют оптическую структуру, чувствительную к толщине материала. По мере набухания меняется расстояние между слоями, и поверхность начинает отражать разные цвета. Регулируя количество воды и растворителя, одну и ту же пленку можно сделать глянцевой или матовой, однотонной или пестрой, а затем вернуть в исходное состояние.
В многослойных образцах цвет и рельеф уже удается контролировать независимо. Это позволяет подстраивать поверхность под фон почти в реальном времени. Пока параметры подбираются вручную, но в дальнейшем систему планируют связать с компьютерным зрением и алгоритмами автоматической настройки.
Изменяемая текстура может управлять трением для небольших роботов, микрорельеф — влиять на поведение клеток, а мягкие оптические поверхности — лечь в основу новых носимых дисплеев и художественных проектов. Главное достижение здесь — возможность точно и обратимо менять свойства мягкого материала на микронных расстояниях, что раньше было практически недоступно.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что подобрана оптимальная атомная структура для протонных проводников.
