Nanomateriale giver robotter egenskaber til at skifte farve

Et nyt udviklet film af guldnanopartikler kunne give robotter mulighed for at antage samme type kamuflage og hudfarveegenskaber som dyr som kamæleoner og blæksprutter. Materialet er i stand til at skifte farve i respons til enhver type bevægelse. 

Materialet blev skabt af UC Riverside-forskere og blev dokumenteret i en artikel offentliggjort i Nature Communications sidste uge.

Dette materiale er anderledes end de andre, der bruges til at efterligne farveskift i naturen. Filmen kan skifte farve baseret på enhver type bevægelse, herunder bøjning og drejning. Dette materiale kan anvendes på ydersiden af robotter, så de kan komme ind i miljøer, der er farlige eller umulige for mennesker. 

Nogle af disse miljøer kan omfatte steder som undervandskløfter, der er ekstremt svære at komme ind i. En anden af de mulige fordele ved dette materiale er, at biologer kan bruge det til at lære om dyr i disse miljøer og de pres, de udsættes for. 

Der er andre materialer, der har farveskiftende egenskaber baseret på bevægelse, men filmen af guldnanopartikler kan trykkes og programmeres til at vise komplekse mønstre. 

Nanomaterialer og magneter

Nanomaterialer er materialer, der er reduceret til at være ekstremt små. De kan være størrelsen med et virus, der er omkring ti nanometer i bredde og længde. Der er nogle bestemte materialer, såsom sølv og guld, der har farveskiftende egenskaber baseret på størrelse, form og retning. 

“I vores tilfælde reducerede vi guld til nano-størrelse-stænger. Vi vidste, at hvis vi kunne få stængerne til at pege i en bestemt retning, kunne vi kontrollere deres farve,” sagde Yadong Yin, en kemiprofessor. “Vendt en vej, kan de se røde ud. Flyt dem 45 grader, og de skifter til grøn.”

En af de største udfordringer for forskningsteamet var at få millioner af guldnanostænger til at svæve i en væskeopløsning samt at få dem alle til at pege i samme retning og vise en ensartet farve. 

For at komme rundt om dette, tog teamet de større guld-magnets nanostænger og fusede mindre på dem. Parret blev derefter indkapslet i et polymerskærm for at holde dem side om side, og derefter kunne magneter bruges til at kontrollere retningen af begge stænger.

“Ligesom hvis du holder en magnet over en bunke nåle, peger de alle i samme retning. Det er, hvordan vi kontrollerer farven,” sagde Yin.

Nanostængerne tørrer ind i en tynd film og ophører med at reagere på magneter, efter at deres retning er fastsat. 

“Men, hvis filmen er fleksibel, kan du bøje og rotere den, og vil stadig se forskellige farver, når retningen ændres,” sagde Yin.

https://www.youtube.com/watch?v=-tCWfe6vbY8

Fremtidige robotter og valutaautentificering

Det primære mål er at bruge dette materiale på fremtidige robotter, men der er også andre anvendelser. Ifølge UC Riverside-kemiker Zhiwei Li, der er den første forfatter af artiklen, kan filmen bruges i checks eller kontanter og fungere som en autentificeringsfunktion. Når filmen udsættes for normal belysning, er den grå, men ved hjælp af polariserede linser vises komplekse mønstre. Bevægelser som drejning kan også ændre farvekontrasten af filmen. 

Forskningsholdet ser en uendelig mængde af anvendelser. 

“Kunstnere kunne bruge denne teknologi til at skabe faszinerende malerier, der er vildt forskellige afhængigt af vinklen, de ses fra,” sagde Li. “Det ville være dejligt at se, hvordan videnskaben i vores arbejde kunne kombineres med kunstens skønhed.”