Ερευνητές ανακοίνωσαν ότι πλησίασαν περισσότερο από ποτέ στη μίμηση αυτής της ικανότητας του χταποδιού, δημιουργώντας ένα συνθετικό υλικό που μπορεί να μεταβάλλει κατά βούληση τόσο το χρώμα όσο και την επιφάνειά του.
Η ικανότητα του χταποδιού να εξαφανίζεται μπροστά στα μάτια ενός θηρευτή –αλλάζοντας σχεδόν στιγμιαία χρώμα και υφή– αποτελεί εδώ και δεκαετίες μια από τις πιο εντυπωσιακές επιδείξεις «ζωντανής μηχανικής» στη φύση. Τώρα, ερευνητές ανακοίνωσαν ότι πλησίασαν περισσότερο από ποτέ στη μίμηση αυτής της ικανότητας, δημιουργώντας ένα συνθετικό υλικό που μπορεί να μεταβάλλει κατά βούληση τόσο το χρώμα όσο και την επιφάνειά του. Η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στις 7 Ιανουαρίου στο περιοδικό Nature, θα μπορούσε μελλοντικά να επηρεάσει από τη ρομποτική έως τον σχεδιασμό ηλεκτρονικών οθονών.
Αυτό που κάνει το καμουφλάζ τους τόσο πειστικό
Τα χταπόδια και οι σουπιές χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό εξειδικευμένων κυττάρων και μικροσκοπικών δομών για να πετυχαίνουν αυτό που για την τεχνολογία παραμένει πρόκληση. Στο δέρμα τους διαθέτουν χρωματοφόρα κύτταρα, μικρούς ελαστικούς σάκους γεμάτους χρωστικές, τους οποίους μπορούν να διαστέλλουν ή να συστέλλουν, αλλάζοντας έτσι την απόχρωση. Παράλληλα, ελέγχουν τις θηλές –μικροσκοπικές προεξοχές της επιδερμίδας– ώστε να μιμούνται τραχιές ή λείες υφές του περιβάλλοντος. Η ταυτόχρονη αλλαγή χρώματος και ανάγλυφου είναι αυτό που κάνει το καμουφλάζ τους τόσο πειστικό.
Η ανθρώπινη τεχνολογία είχε μέχρι σήμερα καταφέρει να πλησιάσει μόνο τη μία πλευρά του φαινομένου. Υλικά που αλλάζουν χρώμα υπάρχουν εδώ και χρόνια, όμως η ακριβής και δυναμική μεταβολή της επιφανειακής υφής σε μικροσκοπική κλίμακα παρέμενε άπιαστο όνειρο. Η ομάδα που υπογράφει τη νέα μελέτη, με επικεφαλής τον επιστήμονα υλικών Nicholas Melosh από το Stanford University, φαίνεται να βρήκε έναν τρόπο να γεφυρώσει αυτό το κενό.
Το υλικό που ανέπτυξαν είναι ένα εύκαμπτο πολυμερές φιλμ, αποτελούμενο από μεγάλες μοριακές αλυσίδες, το οποίο έχει την ιδιότητα να «φουσκώνει» όταν έρχεται σε επαφή με υγρά όπως το νερό. Το κρίσιμο βήμα ήταν η ανακάλυψη ότι η έκθεση του υγρού φιλμ σε μια εξαιρετικά στενή δέσμη ηλεκτρονίων επιτρέπει στους ερευνητές να ελέγχουν με ακρίβεια το πού και πόσο θα διογκωθεί το υλικό. Με αυτόν τον τρόπο μπορούν να χαράσσουν εξαιρετικά λεπτομερή σχέδια στην επιφάνεια, σε νανοκλίμακα, δημιουργώντας υφές που δεν υπήρχαν πριν.
Για να επιτύχουν και την αλλαγή χρώματος, οι επιστήμονες «παγίδευσαν» το πολυμερές ανάμεσα σε δύο λεπτά στρώματα χρυσού, σχηματίζοντας αυτό που ονομάζεται οπτική κοιλότητα. Μέρος του φωτός διαπερνά το πρώτο στρώμα, ανακλάται επανειλημμένα ανάμεσα στις δύο μεταλλικές επιφάνειες και τελικά επιστρέφει προς τα έξω. Η απόσταση ανάμεσα στα στρώματα –η οποία μεταβάλλεται καθώς το υλικό διογκώνεται ή συρρικνώνεται– καθορίζει ποιο μήκος κύματος ανακλάται, και άρα ποιο χρώμα βλέπουμε.
Ένα από τα πιο εντυπωσιακά στοιχεία της μελέτης είναι ότι, στοιβάζοντας πολλαπλά στρώματα φιλμ και χρυσού πάνω σε διαφανή βάση και εκθέτοντας κάθε πλευρά σε διαφορετικό υγρό, οι ερευνητές κατάφεραν να ελέγχουν ανεξάρτητα το χρώμα και την υφή. Φυσικοί από το University of Stuttgart, που δεν συμμετείχαν στην έρευνα, χαρακτήρισαν τη δουλειά «ευφυή τόσο στη σύλληψη όσο και στην εκτέλεση», επισημαίνοντας ότι ανοίγει νέες δυνατότητες για τον σχεδιασμό προσαρμοζόμενων επιφανειών.
Για να αποδείξουν τις δυνατότητες της τεχνικής, οι ερευνητές δημιούργησαν ακόμη και μια μικροσκοπική αναπαράσταση του El Capitan στο Yosemite National Park, με τέτοια λεπτομέρεια ώστε η επιφάνεια να αλλάζει όχι μόνο χρώμα αλλά και τον τρόπο που αντανακλά το φως, από ματ σε γυαλιστερή. Αυτό το επίπεδο ελέγχου θα μπορούσε, θεωρητικά, να οδηγήσει σε οθόνες που αποδίδουν σκηνές με πολύ πιο ρεαλιστικό φωτισμό από τις σημερινές.
Οι εφαρμογές που περιγράφουν οι επιστήμονες εκτείνονται πολύ πέρα από την αισθητική. Μαλακά ρομπότ με επιφάνειες που αλλάζουν υφή θα μπορούσαν να αλληλεπιδρούν πιο φυσικά με το περιβάλλον ή με ανθρώπους. Προσαρμοζόμενα υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε αισθητήρες, σε συστήματα απόκρυψης ή ακόμη και σε αρχιτεκτονικές επιφάνειες που «ανταποκρίνονται» στο φως και την υγρασία.
Παρά τον ενθουσιασμό, οι περιορισμοί είναι σαφείς. Το γεγονός ότι το υλικό βασίζεται στη χρήση υγρών αποτελεί σοβαρό εμπόδιο για την ενσωμάτωσή του σε ηλεκτρονικά συστήματα, τα οποία είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στην υγρασία. Όπως επισημαίνουν ανεξάρτητοι ερευνητές, μια μελλοντική πρόκληση θα είναι η αντικατάσταση των υγρών με ηλεκτρικά ερεθίσματα, κάτι που θα έκανε την τεχνολογία πιο ασφαλή και πρακτική.
Ακόμη κι έτσι, η νέα μελέτη θεωρείται ένα ισχυρό «proof of concept». Δεν προσφέρει έτοιμες λύσεις, αλλά δείχνει με σαφήνεια ότι η ταυτόχρονη, ανεξάρτητη αλλαγή χρώματος και υφής σε συνθετικά υλικά είναι εφικτή.
