Onderzoekers van Penn State hebben een baanbrekend synthetisch materiaal ontwikkeld, geïnspireerd op het ongelooflijke vormveranderende vermogen van octopussen. Deze nieuwe ‘slimme huid’ kan afbeeldingen coderen die verborgen blijven totdat ze worden blootgesteld aan hitte of veranderingen in de omgeving, waarna de verborgen patronen op dramatische wijze verschijnen. De technologie, gedetailleerd beschreven in Nature Communications, demonstreert een functioneel “4D”-materiaal dat in staat is tot dynamische visuele transformatie.
Hoe de technologie werkt
Het team heeft deze prestatie bereikt met behulp van een gespecialiseerde hydrogel en een techniek die halftoongecodeerd afdrukken wordt genoemd. Dit proces vertaalt afbeeldingen naar een binair raster, net zoals bij het afdrukken van kranten, waarbij verschillende dichtheden van pixels de illusie van licht en donker creëren. Het raster wordt vervolgens met behulp van UV-licht in de hydrogel “geschroeid”, waardoor de interne structuur op subtiele wijze verandert. Onder normale omstandigheden zijn deze veranderingen niet waarneembaar.
Het toepassen van warmte veroorzaakt echter een reactie in het materiaal: de gecodeerde patronen zetten uit of krimpen in, waardoor zichtbaar contrast ontstaat. Hierdoor komt het voorheen onzichtbare beeld tevoorschijn, vergelijkbaar met hoe onzichtbare inkt zichzelf openbaart met de juiste stimulus. De onderzoekers toonden ook aan dat het veranderen van het omringende oplosmiddel hetzelfde effect zou kunnen bereiken.
Demonstratie van het concept: de ‘Mona Lisa’
Om de technologie onder de aandacht te brengen, codeerde het team een grijswaardenafbeelding van Leonardo Da Vinci’s “Mona Lisa” in de hydrogel. Bij kamertemperatuur blijft het beeld verborgen. Maar wanneer warmte wordt toegepast, wordt het contrast scherper, waardoor het iconische kunstwerk zichtbaar wordt. Ze hebben ook met succes de letters “PSU” in het materiaal gecodeerd, wat de veelzijdigheid aantoont.
Dit is niet de eerste keer dat wetenschappers de anatomie van octopussen ter inspiratie bestuderen. Ingenieurs van de Rutgers University creëerden een 3D-geprinte synthetische spier die op subtiele wijze van vorm veranderde bij blootstelling aan licht. Elders hebben robotici octopusachtige robots met mechanische armen en zuignappen ontwikkeld.
Implicaties en toekomstige toepassingen
De potentiële toepassingen voor deze technologie zijn breed. Hoewel het materiaal nog in de kinderschoenen staat, zou het de basis kunnen vormen voor geavanceerde adaptieve camouflage, met gevolgen voor militaire operaties en daarbuiten. Het vermogen om materialen te programmeren om dynamisch op hun omgeving te reageren, vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in zachte robotica en materiaalwetenschap.
Deze doorbraak benadrukt de elegantie van de natuur en laat zien hoe miljoenen jaren van evolutie biologische systemen hebben verfijnd tot niveaus die mensen nog maar net beginnen te repliceren.
De technologie onderstreept de voortdurende zoektocht om de complexiteit van de natuur na te bootsen, en het potentieel van technische materialen om met ongekende verfijning op hun omgeving te reageren.
