スタンフォードの合成皮革は、数秒で色と質感を変えることでタコを模倣します

まとめ

• スタンフォード大学の研究者らは、頭足類のカモフラージュ機構を再現し、20秒以内に色と質感を同時に変化させる新しいナノマテリアルを開発した。
• この技術は、電子ビームリソグラフィーによるエッチング後に液体を吸収して不均一に膨潤するPEDOT:PSSポリマーフィルムをベースにしています。
• この材料は、ファブリペロー共振器を介して純粋に構造色を (化学染料を使用せずに) 生成し、金の薄い層の間に光を閉じ込めます。
• 当面の応用例としては、ロボット工学、センサー衣料品、防衛産業が挙げられ、将来的にはエーゲ海の国内研究ネットワークの自律型水中車両でのステルス試験が行われる可能性がある。

自然は最先端のエンジニアです。スタンフォード大学の研究者らはこの規則を確認し、色や質感を環境に適応させるタコの能力を模倣した新しい柔軟な素材を発表した。

または 研究 光学的クローキング、ソフトロボティクス、高度な生体認証センサー設計において新境地を開拓します。頭足類の複雑さは、皮膚を変形させる何百万もの色素細胞と小さな筋肉に基づいています。この特定の発見がなされるまで、この二重機能を人工的に再現することは、材料科学における最大のハードルの 1 つでした。

スタンフォード合成皮革はどのように機能するのでしょうか?

スタンフォードの合成スキンは柔軟なポリマーフィルム (ペドット:PSS) 20 秒以内に色と表面の質感が変わります。電子ビームリソグラフィーと共振器の使用 ファブリ・ペロー、液体にさらされると材料が膨潤し、顔料を使用せずに構造色を生成し、人間の髪の毛よりも細かい解像度を実現します。

このプロセスは、ナノスケールレベルでの材料のトポグラフィーの絶対的な制御に基づいています。この研究の筆頭著者でありウー・ツァイ・ヒューマン・パフォーマンス・アライアンス・プログラム研究者のシッダールス・ドーシ氏によると、研究チームは電子ビーム・リソグラフィーを利用したという。この方法は主に先進的な半導体やマイクロプロセッサの製造に使用されており、特定の非常に詳細なパターンをポリマー上にエッチングすることができます。この素材が液体と接触すると、エッチングされなかった部分が不均一に盛り上がり、小さな「山」や「谷」ができます。この自然な反応により、完全に平らで滑らかな表面が 3 次元のレリーフの風景に変化し、体積を変えるだけで質感が与えられます。

色の作成は従来の化学染料に基づいていません。代わりに、構造色の原理によって機能します。研究チームはポリマーフィルムを2つの金の極薄層の間に挟み、共振器として知られる光空洞を作成した。 ファブリ・ペロー。光がこの空洞に入ると、金の層の間で反射されます。液体の存在下でポリマーが膨張し、厚さが変化すると、金層間の距離も変化します。その結果、異なる波長の光が捕捉され、反射されます。これは、モルフォ蝶の羽に特徴的な虹色を与える物理的メカニズムとまったく同じです。

独立した色とテクスチャの制御

教授チームの真の技術的成果 マーク・ブロンガーズマ プロパティの独立した制御に焦点を当てています。色とテクスチャを同時に、しかし別々に管理することが彼女にとっての主な課題でした。 科学 柔らかい素材の。

このソリューションは、スマートな多層アーキテクチャを通じて提供されました。研究者らは、透明な基板で区切られたさまざまなフィルムを単一のアセンブリに結合しました。それぞれの側は異なる液体のみに反応するように設定されており、一方は純水で活性化され、もう一方はイソプロピル アルコールで活性化されます。この分離により、エンジニアは 4 つの異なる視覚的状態を作成しました。ポリマーは、迷彩色と質感を同時に表示したり、表面を滑らかにして色だけを生成したり、無色のままで質感のレリーフだけを作成したり、元の完全に平らな状態を維持したりすることができます。

このプロセスは完全に元に戻すことができます。液体の自然な蒸発、または意図的な除去により、フィルムは元の構造に戻ります。研究者らは現在、コンピュータービジョンシステムと組み込みの人工知能を統合することに注力している。人工知能は環境の視覚的な背景を分析し、材料内の流体を自動的に誘導して完璧なカモフラージュを実現し、手動調整の必要性を排除する。

ロボット工学とテクノロジーにおける応用

動的迷彩の可能性は、軍事的な隠蔽用途をはるかに超えています。ソフトロボット工学では、検査ロボットは狭い産業空間内を移動し、その表面を適応させて（テクスチャの粗さを増加させて）壁や金属パイプのグリップ力を高めることができます。ウェアラブル分野では、 テクノロジー 生化学信号に反応する衣類についてテストされています。研究者らによると、ポリマーの化学的性質を適切に調整することで、疲労のレベルやアスリートの汗に含まれる化学マーカーに応じてウェアの色が変化する可能性があるという。

ただし、商用化には時間がかかります。この技術は 2030 年までに商業的に成熟すると予想されていますが、現在の生産コストは特殊なリソグラフィー装置のため、数平方センチメートル当たり数千ユーロに達します。