Новая технология цветового регулирования, вдохновленная кожным узором осьминога: принцип работы, перспективы и проблемы

Осьминоги — это животные с высоким уровнем адаптации, которые демонстрируют разнообразные способности. Они способны изменять узор, цвет и текстуру своего тела, проявлять когнитивные функции, использовать инструменты и коммуницировать с помощью цветовых сигналов. Одним из наиболее интересных аспектов поведения осьминогов является их способность к камуфляжу с помощью своих кожных узоров.

Большой синекольчатый осьминог (Hapalochlaena lunulata) может быстро переключать свои кожные узоры между «скрытным» и «отпугивающим» состояниями. Эти узоры состоят из иридисцентных синих колец на коричневом фоне, которые выполняют функции обмана, камуфляжа и сигнализации. Кроме того, этот осьминог обладает нейротоксичным ядом, который он использует чтобы парализовать свою добычу.

Этот вид осьминога послужил моделью для группы исследователей из Калифорнийского университета в Ирвайне, которые разработали биоинспирированную технологическую платформу с аналогичными свойствами для применения в различных областях. Их работа была опубликована в журнале Nature Communications.

Принцип работы биоинспирированной технологии

Исследователи имитировали естественные механизмы осьминога с помощью устройств из синтезированных в лаборатории материалов. Устройство состоит из тонкой пленки, содержащей морщинистые синие кольца, окружающие коричневые круги — подобно узорам осьминога — зажатой между двумя прозрачными протон-проводящими электродами.

При приложении электрического поля к электродам, пленка изменяет свои флуоресцентные и спектроскопические свойства, имитируя переключение узоров осьминога. Устройство характеризуется долговечностью, простотой изготовления, стабильностью в атмосфере и способностью к самовосстановлению.

Ключевым компонентом устройства является специально разработанная молекула, похожая на нонацен — органическое соединение, состоящее из девяти линейно сшитых бензольных колец. Эта молекула обладает рядом преимуществ, таких как легкость синтеза, настраиваемые электронные и оптические свойства, а также высокая стабильность при хранении и освещении на воздухе.

Перспективы применения биоинспирированной технологии

Устройство, созданное исследователями, демонстрирует желательное сочетание свойств в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной частях электромагнитного спектра. Это позволяет устройству выполнять функции камуфляжа или сигнализации в различных условиях.

Такие устройства могут найти применение в различных сферах, где требуется динамическая регуляция световых свойств. Например, в военной области они могут служить для камуфляжа транспортных средств, солдат или оборудования. В медицине они могут использоваться для диагностики, терапии или мониторинга состояния пациентов. В робототехнике они могут помочь роботам адаптироваться к окружающей среде и коммуницировать с другими роботами. В устойчивой энергетике они могут повысить эффективность солнечных батарей или светодиодов.

Кроме того, устройства могут масштабироваться до размеров, достаточных для покрытия больших поверхностей, таких как рекламные щиты или здания. Это может открыть новые возможности для дизайна либо искусства.

Проблемы биоинспирированной технологии

Несмотря на все преимущества и перспективы биоинспирированной технологии, у нее есть и некоторые проблемы. Во-первых, устройство требует подачи электричества для работы, что может быть неудобно или небезопасно в некоторых ситуациях. Во-вторых, устройство имеет достаточно низкую контрастность и яркость, что может снижать его эффективность при сильном освещении или на больших расстояниях. В-третьих, устройство пока не может имитировать все виды кожных узоров осьминога, такие как полосы, пятна или градиенты.

Исследователи признают, что у их устройства есть еще много аспектов для улучшения и оптимизации. Они также надеются, что их работа стимулирует дальнейшее изучение осьминогов и других животных, которые могут служить источником вдохновения для новых технологий.

Открытые вопросы и направления для дальнейших исследований

Биоинспирированная технология, созданная исследователями из UCI, является важным шагом в развитии новых технологий, основанных на природных принципах. Однако, технология еще не может полностью воспроизвести все сложности и тонкости кожных узоров осьминога. Поэтому, остается много вопросов, которые требуют дальнейшего изучения.

Например, как осьминоги регулируют свои кожные узоры с помощью своей нервной системы и как они координируют их с другими сенсорными и моторными функциями? Как осьминоги определяют оптимальный узор для конкретной ситуации и как они адаптируются к изменяющейся окружающей среде? Как осьминоги коммуницируют с помощью своих кожных узоров и как они интерпретируют сигналы других осьминогов? Как происходила эволюция этих кожных узоров, и как это связано с другими видами осьминогов?

Эти и другие вопросы представляют собой интересные и сложные задачи для биологов, физиков, химиков, инженеров и других ученых, которые изучают осьминогов и их удивительные способности. Ответы на эти вопросы могут не только расширить наше понимание осьминогов, но и помочь нам разрабатывать более продвинутые и гибкие технологии, которые могут решать различные проблемы человечества.