Команда специалистов из Стэнфорда создала гибкий полимерный материал, способный быстро менять рельеф поверхности и цвет, формируя структуры мельче человеческого волоса. «Эти животные физически изменяют свое тело с точностью до микрона, и теперь мы можем динамически контролировать топографию материала — и связанные с ней визуальные свойства — в том же масштабе», — говорит первый автор работы, докторант Сиддхарт Доши.
Технология появилась отчасти случайно. Доши изучал наноструктуры на полимерной пленке с помощью сканирующего электронного микроскопа, а затем использовал те же образцы повторно. Оказалось, что области, облученные электронным пучком, ведут себя иначе, в частности, впитывают воду, по сравнению с участками, которых электроны не касались. «Мы поняли, что можем использовать электронные пучки для управления рельефом в очень мелком масштабе. Это определенно было счастливой случайностью», — признает Доши.
Принцип работы таков: с помощью электронно-лучевой литографии — технологии, широко применяемой в производстве микросхем — ученые создают на полимерной пленке участки с разной способностью поглощать воду. Когда пленка намокает, эти области набухают неравномерно, и на поверхности возникают сложные трехмерные узоры. В сухом состоянии материал остается абсолютно плоским. Специалисты даже воссоздали в миниатюре скалу Эль-Капитан из Йосемити — рельеф буквально «вырастает» из плоской поверхности при добавлении воды и исчезает после обработки растворителем.
Управляя степенью набухания, можно менять не только рельеф, но и оптические свойства материала — «переключаться» между глянцевой и матовой поверхностью. А если поместить тонкие металлические слои по обе стороны пленки, получаются так называемые резонаторы Фабри-Перо, которые выделяют волны света определенной длины. При расширении и сжатии пленки цвета меняются, превращая однотонную поверхность в яркую палитру узоров.
«Появление мягких материалов, которые могут расширяться, сжиматься и менять форму, может стать основой для создания принципиально новых инструментов в мире оптики», — отмечает один из руководителей исследования, профессор Марк Бронгерсма.
Пока подбор нужного цвета и текстуры для маскировки требует ручной настройки, но команда уже работает над автоматизацией с помощью компьютерного зрения и нейросетей, которые смогут анализировать окружение и подстраивать материал под него в реальном времени. Потенциальный спектр применения разработки выходит далеко за рамки камуфляжа: инновационный материал может использоваться для управления трением в микроробототехнике, создания гибких дисплеев для носимых устройств, в биоинженерии и даже искусстве.
Ранее инженеры открыли удивительное свойство «умных» кристаллов.
