Как осьминог вдохновил на создание автоматической камуфляжной системы
Осьминоги известны своей способностью мгновенно менять цвет своей кожи, чтобы приспособиться к окружающей среде и скрыться от хищников. Этот удивительный природный феномен может послужить примером для разработки новых видов чернил, которые могут отображать различные цвета в зависимости от светового воздействия. Такие чернила могут найти применение в разных областях, от электронных книг с высоким разрешением до автоматического камуфляжа.
Большинство существующих чернил и материалов, изменяющих цвет, основаны на химических реакциях, которые могут быть неустойчивыми и сложными в управлении. Осьминоги меняют цвет с помощью специальных клеток в своей коже, которые называются хроматофорами. Хроматофоры содержат разные пигменты и могут расширяться или сжиматься под влиянием мышц. Когда хроматофоры расширены, они становятся ярче и виднее, а когда сжимаются — тусклее и меньше.
Недавно ученые из Университета Гонконга под руководством Джиньяо Тана создали чернила, которые работают по аналогичному принципу. Чернила состоят из частиц диоксида титана, окрашенных в разные красители и имеющих разную чувствительность к свету, расположенных в растворе.
Когда свет от обычного проектора падает на материал, содержащий чернила, он создает химический градиент, который заставляет некоторые частицы чернил подниматься на поверхность, а другие — опускаться. Таким образом ближе к поверхности оказываются частицы, окрашенные в цвет, которым освещен образец. Поэтому, поверхность образца приобретает окраску, соответсвующую освещению.
— Джиньяо Тан.
Вот как это работает с точки зрения физики: Когда мы смешиваем две жидкости, которые не растворяются друг в друге, например масло и воду, они разделяются на две фазы. Это происходит потому, что энергия смешивания меньше энергии разделения. А если мы смешиваем маленькие частицы одинакового размера и формы, которые называются коллоидами, они обычно хорошо перемешиваются и не разделяются на фазы. Потому, что энергия разделения очень мала.
Но есть особые коллоиды, которые могут двигаться под действием света — фотоактивные коллоиды. Они могут взаимодействовать друг с другом на большом расстоянии и менять свое поведение в зависимости от цвета и яркости света. Это очень интересно для изучения фазовых переходов и самоорганизации коллоидов.
Ученые создали простую систему из фотоактивных коллоидов, которые покрыты разными красителями. Они смешали три вида коллоидов: голубые, розовые и желтые. Когда на эту смесь падает свет определенного цвета, например красный, голубые и желтые коллоиды начинают двигаться быстрее и отталкиваться друг от друга. А розовые коллоиды остаются спокойными. Тогда голубые и желтые коллоиды выстраиваются в слои, а розовые заполняют пространство между ними. Это называется фазовым разделением. Из-за этого смесь меняет свой цвет на красный, потому что она отражает свет того же цвета. Таким образом, ученые могут управлять фазовым разделением и цветом смеси коллоидов с помощью света.
Для демонстрации своих чернил ученые использовали модифицированный проектор, чтобы отобразить на них изображения, такие как логотип их университета и детские рисунки. Они обнаружили, что изображения сохранялись стабильными в течение примерно получаса, прежде чем чернила снова перемешивались. В будущем такие чернила могут быть использованы для создания автоматического камуфляжа.
— Джиньяо Тан.
Создание активного камуфляжа - не единственный проект исследователей. На сайте группы можно найти информацию о цветных электронных чернилах E-Ink Kaleido, которые являются одним из продуктов исследований.
Большинство существующих чернил и материалов, изменяющих цвет, основаны на химических реакциях, которые могут быть неустойчивыми и сложными в управлении. Осьминоги меняют цвет с помощью специальных клеток в своей коже, которые называются хроматофорами. Хроматофоры содержат разные пигменты и могут расширяться или сжиматься под влиянием мышц. Когда хроматофоры расширены, они становятся ярче и виднее, а когда сжимаются — тусклее и меньше.
Недавно ученые из Университета Гонконга под руководством Джиньяо Тана создали чернила, которые работают по аналогичному принципу. Чернила состоят из частиц диоксида титана, окрашенных в разные красители и имеющих разную чувствительность к свету, расположенных в растворе.
Когда свет от обычного проектора падает на материал, содержащий чернила, он создает химический градиент, который заставляет некоторые частицы чернил подниматься на поверхность, а другие — опускаться. Таким образом ближе к поверхности оказываются частицы, окрашенные в цвет, которым освещен образец. Поэтому, поверхность образца приобретает окраску, соответсвующую освещению.
Мы разработали новую интеллектуальную коллоидную систему, селективную по длине волны, для достижения управляемого светом многомерного разделения фаз. Как и в случае с маслом и водой, [частицы] разделяются и всплывают наверх, и это потому, что они окрашены. Вы можете соответствующим образом изменить их цвета, и они имитируют любой цвет, который вы на самом деле проецируете на них. В отличие от существующих материалов, меняющих цвет, этот новый фотохромный коллоидный рой основан на перестройке существующих пигментов, а не на создании новых хромофоров на месте
— Джиньяо Тан.
Вот как это работает с точки зрения физики: Когда мы смешиваем две жидкости, которые не растворяются друг в друге, например масло и воду, они разделяются на две фазы. Это происходит потому, что энергия смешивания меньше энергии разделения. А если мы смешиваем маленькие частицы одинакового размера и формы, которые называются коллоидами, они обычно хорошо перемешиваются и не разделяются на фазы. Потому, что энергия разделения очень мала.
Но есть особые коллоиды, которые могут двигаться под действием света — фотоактивные коллоиды. Они могут взаимодействовать друг с другом на большом расстоянии и менять свое поведение в зависимости от цвета и яркости света. Это очень интересно для изучения фазовых переходов и самоорганизации коллоидов.
Ученые создали простую систему из фотоактивных коллоидов, которые покрыты разными красителями. Они смешали три вида коллоидов: голубые, розовые и желтые. Когда на эту смесь падает свет определенного цвета, например красный, голубые и желтые коллоиды начинают двигаться быстрее и отталкиваться друг от друга. А розовые коллоиды остаются спокойными. Тогда голубые и желтые коллоиды выстраиваются в слои, а розовые заполняют пространство между ними. Это называется фазовым разделением. Из-за этого смесь меняет свой цвет на красный, потому что она отражает свет того же цвета. Таким образом, ученые могут управлять фазовым разделением и цветом смеси коллоидов с помощью света.
Для демонстрации своих чернил ученые использовали модифицированный проектор, чтобы отобразить на них изображения, такие как логотип их университета и детские рисунки. Они обнаружили, что изображения сохранялись стабильными в течение примерно получаса, прежде чем чернила снова перемешивались. В будущем такие чернила могут быть использованы для создания автоматического камуфляжа.
В лесу везде зеленый, поэтому ваша одежда или материал должны стать такого же зеленого цвета. Если вы перемещаетесь по пустыне, везде желтый, тогда [чернила] становятся желтоватыми. Однако для использования в таких условиях чернила должны будут поддерживать желаемый цвет дольше, чем полчаса до ремикса
— Джиньяо Тан.
Создание активного камуфляжа - не единственный проект исследователей. На сайте группы можно найти информацию о цветных электронных чернилах E-Ink Kaleido, которые являются одним из продуктов исследований.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....