Материаловеды часто обращаются к миру природы для вдохновения, но обычно это берет их изобретения некоторое время для достижения уровня биологических открытий. Не на этот раз. Ранее на этой неделе ученые в Швейцарии показали, что хамелеоны изменяют цвета путем расширения решетки крошечных кристаллов только под их кожей. Теперь, исследователи в Калифорнии сообщают, что они сделали тонкую пленку, изменяющую цвета, когда они тащат на ней.
Такие мембраны могли произвести изменяющие цвет датчики, дающие инженерам способ наблюдать потенциально опасные структурные изменения ко всему от мостов до крыльев самолета.И исследования показывают, как природа и технологи часто сходятся на том же растворе трудностей, с которыми они сталкиваются, говорит Ричард Прум, орнитолог в Йельском университете, специализирующийся о том, как животные изменяют цвет. Новая тонкая пленка “имеет великие перспективы в технологии”, говорит Прум. “Это также показывает значение учащихся организмов”.Цвета, которые мы, как правило, видим во всем от травы и цветов к краскам и тканям, происходят, когда белый, широкого спектра действия свет ударяет их поверхности.
Уникальный химический состав каждой поверхности абсорбирует различные полосы или длины волны, света. Неабсорбированные длины волны отражены назад с более короткими длинами волны, дающими объекты синий оттенок и более длинные объекты, кажущиеся более красными, и вся радуга возможных промежуточных комбинаций.
Изменение цвета поверхности, такой как листья на дереве осенью, требует изменения в химической косметике.Но это не способ, которым хамелеоны перемещают свои цвета. Вместо того, чтобы изменить состав светопоглощающих пигментов в их коже, хамелеоны изменяют способ, которым материалы, включенные в кожу, отражают свет. В этом случае у рептилий есть слой клеток, названных iridophores, лежащими чуть ниже поверхности кожи.
Эти клетки содержат крошечные сферические кристаллиты, сделанные из гуанина, одного из стандартных блоков нуклеиновой кислоты ДНК. Кристаллиты устроены в обычной 3D решетке, как апельсины на фруктовом стенде. Эта договоренность заставляет их сильно отражать один набор длин волны, заставляя их казаться зеленой, например.
Но на этой неделе по своей природе Коммуникации, исследователи во главе с генетиком Мишелем Милинковичем из университета Женевы сообщили, что хамелеоны быстро перемещают цвета путем изменения солевого баланса в их iridophores. Это заставляет клетки раздуваться от воды, увеличивая расстояние между кристаллитами гуанина, в свою очередь заставляя множество отразить более длинную длину волны света, такой как желтую.Сегодня, исследователи во главе с Конни Чанг-Хэснэйн, инженер-электрик в Калифорнийском университете, Беркли, сообщает в журнале Optica, что они следовали связанной стратегии вызвать цветные изменения от зеленого до оранжевого в тонкой пластмассовой пленке. Для этого они запечатлели 1 cm2 множество лучей, каждого разбавителя, чем длина волны света, в тонкую кремниевую мембрану.
Они тогда включили кремниевое множество в гибкой пластмассовой пленке. И когда они согнули, склонность, или протянули мембрану, это изменило пространство между лучами, вызвав изменения яркого цвета. Установка работала так хорошо, что она отразила до 83% света, поражающих ее.Та эффективность служит хорошим предзнаменованием для потенциальных будущих заявлений.
Одна возможность, Прюм заявляет, состоит в том, что такие мембраны могли привести к новому классу энергосберегающих полноцветных показов для электронных книг и других электронных устройств. Стандартные освещенные цветные дисплеи в устройствах, таких как iPad и Kindle властолюбивы, потому что они используют электричество, чтобы вынудить элементы показа испустить определенные цвета света.
Однако показы, использующие крошечные движения для управления цветами, не могли бы потребовать этого непрерывного электрического ввода, дав им дополнительные часы между нагрузками. Та же изменяющая цвет способность могла также позволить мембранам работать новыми датчиками, показав структурные изменения в мостах, зданиях, и даже крыльях самолета.
Тем путем простое изменение от зеленого до оранжевого могло сигнализировать опасный износ, и возможно даже спасти жизни.